具有自蒸发器接入制冷剂源的制冷剂降温和润滑系统

摘要

本发明大体涉及设备、系统和方法，该设备、系统和方法涉及对来自蒸发器的液体制冷剂接入以向制冷剂泵和泵管线供源，以对可为压缩机的一部分的运转部件，例如压缩机电机和压缩机轴承进行制冷和润滑，和/或使例如可调节的或变频驱动器的驱动器进行降温。

说明书

技术领域

本公开涉及供热、通风与空调(“HVAC”)或制冷系统，该系统诸如可包括冷 却器；并且更具体而言，本发明涉及提供制冷剂以对该系统进行降温，诸如 用于对可为压缩机的一部分的运转部件进行降温，例如对压缩机电机和压缩 机轴承降温，和/或用于对例如可调节或变频驱动器等驱动器进行降温。大体 而言，本文所描述的方法、系统和设备涉及：接入来自蒸发器的液体制冷剂 以向制冷剂泵和泵管线供源(source)，以对可为压缩机的一部分的运转部件 降温和润滑，该运转部件例如压缩机电机和压缩机轴承，和/或用于对例如可 调节或变频驱动器等驱动器进行降温。

背景技术

诸如可包括冷却器的HVAC或制冷系统可包括压缩机、冷凝器、蒸发器 和膨胀装置。在HVAC或制冷系统的降温周期中，压缩机可压缩制冷剂蒸汽， 并且压缩的制冷剂蒸汽可被引导至冷凝器，以冷凝成液体制冷剂。液体制冷 剂然后可被膨胀装置膨胀，并且被引导至蒸发器中。冷却器系统通常结合制 冷回路的标准组件，以提供冷却水用于对诸如像建筑空间进行降温。典型的 制冷回路包括压缩机，其用于压缩制冷剂气体；冷凝器，其用于将压缩的制 冷剂冷凝成液体；以及蒸发器，其利用液体制冷剂来对水进行降温。冷却的 水然后可泵送至用于期望的最终用途的位置。

HVAC或制冷系统的组件(诸如压缩机)可包括运转部件，并且因此在运行 期间可需要润滑。诸如油的润滑剂通常在HVAC或制冷系统中用于对运转部 件进行润滑。

发明内容

在一些HVAC或制冷系统中，液体制冷剂可作为润滑剂用于具有运转部 件的组件，诸如压缩机的运转部件，包括压缩机中的电机和轴承。例如在冷 却器关闭时，诸如在冷却器关闭之后或冷却器关闭的一段时间期间，制冷剂 趋向于移动至蒸发器，因此液体制冷剂可定位在蒸发器中。启动时，可能存 在这样一个问题：制冷剂泵是否被合适且适当的压差引发以便确定制冷剂流 动通过制冷剂泵。这在例如启动无油冷却器的压缩机之前可能是重要的。如 果不存在适当的压差，那么冷却器的运转部件(诸如压缩机中的轴承、其电机 和驱动器)可能无法适当运行，可能存在损坏的风险，并且由于制冷剂降温以 及压缩机的润滑不足或无效，冷却器整体可能不会以所需的效率运作。

要启动冷却器，可能需要对泵进行引发。通过关闭冷凝器水泵，可将制 冷剂泵引发，并且可例如从蒸发器开始供应(sourcing)，以建立制冷剂流量 和适当的压差。可获得关于存在适当压差的信号，以便允许制冷剂被递送至 制冷剂泵，并且使得压缩机以及冷凝器水泵能启动。虽然此解决方案可能可 行，但是如果例如HVAC或制冷系统具有多个冷却器，那么关闭冷凝器水泵 并不总是实用的，并且根据系统设计，系统的某些区域可能会受到影响。

可进行改进，以在启动期间向运转部件提供液体制冷剂。大体而言，描 述的设备、系统和方法涉及：接入来自蒸发器的液体制冷剂以向制冷剂泵和 泵管线供源，以对可为压缩机的一部分的运转部件降温和润滑，该运转部件 例如压缩机电机和压缩机轴承，和/或用于对例如可调节或变频驱动器等驱动 器进行降温。

例如，在压缩机的启动或重新启动期间，可通过打开蒸发器源管线上的 源阀来从蒸发器获得液体制冷剂。一旦给出存在适当压差的确认，例如Δp， 那么可通过使用从一个或多个适当定位的压力传感器(例如沿制冷剂泵管线) 接收信号的单元控制器来完成此确认。一旦确定了Δp，在一些实例中该Δp 可能为约2psi，那么可能存在以下确认：将有足够的制冷剂流动至压缩机， 因此液体制冷剂可流至可能需要润滑的部件。然后，单元控制器可启动压缩 机。启动压缩机之后，可能存在来自冷凝器运行的液体制冷剂，以使得单元 控制器可关闭蒸发器源管线上的源阀并打开冷凝器源管线上的源阀，以使得 可自冷凝器供应液体制冷剂。

在下文中，术语“源阀”大体上指代允许或不允许制冷剂进入制冷剂泵 和制冷剂泵管线的流量控制装置。在一些实施例中，任意一个或多个源阀可 为由单元控制器控制的电磁阀。

在一个实施例中，蒸发器接入口邻近蒸发器壳体的较低部分设置，并通 过该蒸发器壳体流体连接至出口。该蒸发器接入口可使得液体制冷剂能自蒸 发器壳体供应至制冷剂泵管线和制冷剂泵。在一些实施例中，该蒸发器接入 口设置于蒸发器的制冷剂分布器外部，且可设置在蒸发器壳体和/或制冷剂分 布器的纵向方向的相对中间部分处。在一些实施例中，该蒸发器接入口和出 口可流体连接至制冷剂降温和润滑组件上。

在一个实施例中，可在HVAC或制冷系统和/或HVAC或制冷单元(如水 冷却器)中使用的制冷剂降温和润滑组件可包括冷凝器源管线、蒸发器源管 线、制冷剂泵管线和制冷剂泵。冷凝器源管线和蒸发器源管线流体连接，并 且可馈送至制冷剂泵管线中。制冷剂泵定位在制冷剂泵管线上，该制冷剂泵 管线可连接至压缩机电机。在冷凝器源管线上，源阀设置为可具有打开状态 和闭合状态。在蒸发器源管线上，源阀设置为可具有打开状态和闭合状态。 冷凝器源管线上的源阀在闭合状态下被配置用于将冷凝器从制冷剂降温和润 滑组件分离，诸如在压缩机启动条件期间进行，并且在打开状态下被配置用 于允许制冷剂流从冷凝器流动通过冷凝器源管线。设置在冷凝器源管线上的 源阀允许冷凝器被分离，诸如如果在运行时其水泵的作用，例如在启动时不 会对压缩机的润滑和降温产生不利影响。对于术语“分离或分离的 (decouple/decouples/decoupled)”，应了解的是，这些术语大体上指代和用作阻 止流体从一个组件流至另一个组件。例如，将冷凝器从泵源管线或进料(feed) 分离可通过以下方式实现：将流量控制装置(诸如沿冷凝器源管线)触发至 断开状态，以阻止例如制冷剂蒸汽的流体流进入进料或源管线并进入泵，并 阻止其流至泵。这种效果可有助于避免或至少减少喷射(educator)/射流状或 加速的流体流，该流体流容易将蒸汽带入至相对较低或中等压力流中(例如， 将蒸汽带入吸入管线)，这对于泵运行可能是不理想的，例如可能造成泵气蚀。

在一个实施例中，该蒸发器源管线可流体连接至蒸发器接入口以使得能 连接制冷剂降温和润滑组件。

通过参考以下详细描述和附图，流体管理方法的其它特征和方面将变得 显而易见。

附图说明

现在对附图进行参考，其中相同的参考编号在全文中表示相同部件。

图1示出根据一个实施例的冷却器(具体而言，离心式水冷却器)的一个实 例的立体图；

图2示出可作为冷却器系统或单元的一部分的制冷剂降温和润滑组件的 一个实施例；

图3A显示了蒸发器接入口的一个实施例，该蒸发器接入口可用于制冷剂 冷却和润滑组件和冷却器中；

图3B示出了图3A的蒸发器接入口的侧视图。

具体实施方式

诸如可包括冷却器系统的HVAC或制冷系统通常可包括具有运转部件 的组件，例如压缩机。该运转部件通常需要适当润滑。润滑通常由诸如油的 润滑剂提供。在一些HVAC或制冷系统中，润滑可由液体制冷剂提供。这种 HVAC或制冷系统有时被称为无油系统。在该无油系统中，液体制冷剂可被 引导至运转部件的表面，以进行润滑。当例如HVAC或制冷系统，诸如可包 括从关闭周期开始的冷却器时，可进行改进，以将液体制冷剂引导至运转部 件。压缩机的这种启动条件可由于，例如但不限于，如舒适降温应用中的周 期性调度期间发生的关闭，和/或更大型系统方案中对一个或多个冷却器的维 修或测试，和/或电力浪涌或电力中断。

本文所公开的实施例描述了方法和系统，这些方法和系统涉及：接入来 自蒸发器的液体制冷剂以向制冷剂泵和泵管线供源，以对可为压缩机的一部 分的运转部件降温和润滑，该运转部件例如压缩机电机和压缩机轴承，和/或 用于对例如可调节或变频驱动器等驱动器进行降温。

图1示出根据一个实施例的诸如用于HVAC或制冷系统的冷却器100的 一个实例的立体图。具体而言，图1示出具有离心式压缩机的水冷却器，例 如离心式冷却器。

在示出的实施例中，冷却器100包括压缩机110，该压缩机110被配置成 具有第一压缩级112和第二压缩级114。该压缩机110可为离心式压缩机。应 理解，该冷却器类型仅为示例性的且并不表示具有限制性，因为可采用能合 适地采用和实施本文所示出和描述的制冷剂泵引发方法和制冷剂供源方法的 具有其它类型压缩机的其它冷却器。将了解的是，压缩机的级数仅为示例性 的，并且多于或少于两个压缩级可合适地用于本文所示出和描述的制冷剂泵 引发方法和制冷剂供应方法，只要例如这种压缩组件和可能需要润滑剂润滑 和冷却的运转部件被配置成接收从制冷剂泵提供的制冷剂。

在一些实例中，冷却器100可为整体系统中的许多冷却器中的一个，该 整体系统具有诸如冷却塔的热阻隔单元，其中一个或多个冷凝器水泵可用于 使水流动通过冷却器的冷凝器，以阻隔从冷却器向环境传热。

进一步参考图1中示出的冷却器100的总体结构，第一压缩级112和第 二压缩级114分别包括第一蜗壳150a和第二蜗壳150b。冷却器100还包括冷 凝器120、蒸发器130和节约装置140。迂回管116被配置成将第一压缩级112 流体连接至第二压缩级114，以在第一压缩级112与第二压缩级114之间形成 流体连通。迂回管116流体连接至第一压缩级112的排放出口113和第二压缩 级114的入口115。排放出口113与第一蜗壳150a流体连通。迂回管116、排 放出口113和入口115形成制冷剂管道A1，该制冷剂管道A1用于引导制冷 剂流。节约装置140被配置成具有喷射管142，该喷射管142通过喷射端口 144与制冷剂管道A1形成流体连通。喷射管142用于从节约装置140引导蒸 发的闪蒸制冷剂至喷射端口144。

当冷却器100在运行中时，制冷剂流方向大体上由箭头示出。制冷剂流 方向通常与制冷剂通路一致，例如由制冷剂管道A1与第一蜗壳150a和第二 蜗壳150b限定。在运行中，来自蒸发器130的制冷剂蒸汽可被引导至第一压 缩级112中。定位在第一压缩级112中的第一叶轮(图1中未示出)可压缩来自 蒸发器130的制冷剂蒸汽。压缩的制冷剂蒸汽可由蜗壳150a收集，并且被引 导至制冷剂管道A1中。压缩的制冷剂被沿制冷剂管道A1引导至第二压缩级 114的入口115中。在第二压缩级114中，第二叶轮(图1中未示出)可配置用 于进一步压缩制冷剂，然后通过第二蜗壳150b将压缩的制冷剂引导至冷凝器 120中。在冷凝器120中，压缩的制冷剂可被冷凝成液体制冷剂。离开冷凝器 120的液体制冷剂然后被引导至蒸发器130中。

冷却器100还可具有区段118，该区段118具有单元控制器，该单元控制 器控制某些阀和/或从冷却器100上的感测器(sensor)、传感器接收输入信息， 诸如下面所描述的制冷剂降温和润滑组件200上的任意一个或多个阀和/或感 测器。区段118还可包含或连接至冷却器100的单元驱动器。

在一个实施例中，控制器可有效地连接至制冷剂降温和润滑组件，以向 泵提供液体制冷剂，此后该泵可递送液体制冷剂至冷却器的运转部件，例如 压缩机。

图2示出制冷剂降温和润滑组件200的一个实施例，其可作为冷却器系 统或单元(如图1中示出的冷却器100)的一部分来实施。制冷剂降温和润滑组 件200可适当地用管道连接至冷凝器和蒸发器，例如图1中的120和130，以 便从该冷凝器和蒸发器提供制冷剂至压缩机，例如110。

在一个实施例中，可在诸如水冷却器100的HVAC或制冷系统和/或HVAC 或制冷单元中使用的制冷剂降温和润滑组件200可包括冷凝器源管线202、蒸 发器源管线204、制冷剂泵管线208和制冷剂泵206。冷凝器源管线202和蒸 发器源管线204流体连接，并且可馈送至制冷剂泵管线208中。该制冷剂泵 206定位在制冷剂泵管线208上，该制冷剂泵管线208可连接至压缩机电机， 例如图1的压缩机110上。在冷凝器源管线202上，源阀212设置为可具有 打开状态和闭合状态。在蒸发器源管线204上，源阀214设置为可具有打开 状态和闭合状态。冷凝器源管线202上的源阀212在闭合状态下被配置用于 将冷凝器(例如，冷凝器120)从制冷剂降温和润滑组件200分离，诸如在压缩 机启动状态期间，并且在打开状态下被配置用于允许制冷剂流从冷凝器流动 通过冷凝器源管线202。设置在冷凝器源管线202上的源阀212允许冷凝器被 分离，诸如在运行期间有水泵的作用，以使得诸如在启动时不会对压缩机的 润滑和降温产生不利影响。阀和管线210可流体连接至制冷剂泵管线208，以 便允许将制冷剂递送至冷却器(例如，冷却器100)的驱动器。

在运行过程中，例如组件200可甚至在冷凝器水泵正在运行的条件下(例 如，当冷凝器或系统中的另一冷凝器可仍起作用时)对泵进行引发。例如，在 一个实施例中，冷凝器源管线202上的至制冷剂泵206的源阀212关闭，这 将冷凝器从压缩机和驱动器的制冷剂降温和润滑功能隔离或分离。源阀212 的关闭可借助于从单元控制器至源阀212的信号进行。例如可通过打开制冷 剂泵206以及将蒸发器源管线204上的源阀214激活至打开位置来对制冷剂 泵206进行引发，这可允许将液体制冷剂供应至制冷剂泵206中。蒸发器源 管线204上的源阀214的激活可借助于来自单元控制器的信号来进行，以将 源阀214打开。一旦适当的Δp确定，诸如为约2psi，那么该单元可启动，然 后蒸发器源管线上的源阀214可，例如，通过接收传感器发出的信号的单元 控制器来关闭，该控制器可用信号通知源阀214关闭。冷凝器源管线202上 的源阀212可接收信号然后打开，以使得随后可从该冷凝器进行供源。

应理解，蒸发器源管线204、蒸发器源阀214、至制冷剂泵206的管线和 制冷剂泵206中任何一个或多个可向下倾斜，例如如图2中显示的，其朝向 制冷剂泵的方向倾斜，以促进两相制冷剂分离以使得蒸汽制冷剂能通过蒸发 器源管线204，蒸发器源阀214、至制冷剂泵206的管线和制冷剂泵中的任何 一个或多个上升至流体流路径的顶部，并能流回至蒸发器并使得液体制冷剂 能向下流至制冷剂泵的吸入管线。这能使得该两相制冷剂分离以向泵供应相 对较高浓度的液体制冷剂，这能防止气蚀并进一步帮助引发制冷剂泵206。

图3A和3B显示了蒸发器接入口的一个实施例，该蒸发器接入口可用于 制冷剂降温和润滑组件中，例如在图2中的200，和冷却器，例如图1中的 100。应理解，蒸发器源管线204可与该蒸发器接入口液体连通。总体上，蒸 发器接入口可设置于蒸发器300的较低部分308处，例如在制冷剂分布器302 的较低部分处，如果其存在的话。在一些实施例中，该接入口包括切口304。 在图示的实施例中，切口304可为位于分布器302外侧的小槽，“U”形，或 合适的凹口。应理解，可在该位置设置有管道，以替代切口304，以流体接入 分布器302的较低部分308。切口304能使得自分布器302的较低部分308供 源，并使得液体制冷剂能落入切口304至出口306形成的沟槽中。在一些实 施例中，该切口304可具有侧壁，该侧壁朝向彼此变细以形成朝向蒸发器300 壳体底部的V型结构。应理解，该接入口不限于，包括切口304，只要该接 入口位于蒸发器300的相对较低的部分，以流体接入可用的液体制冷剂。在 一些实施例中，该接入口可位于分布器302的外部，例如如图所示，但也可 为穿过分布器302延伸至较低部分308的管道。

在一些实施例中，切口304可位于分布器302的纵向长度相对中间区域。 然而，应理解，切口304可合适地位于以下位置：其中可具有相对较高量的 液体制冷剂处以能抽取液体制冷剂。还应理解，该接入口可根据所需和/或需 要合适地具有多于一个的切口。

该切口还包括出口306，该出口306与切口304通过蒸发器300的壳体流 体连接(参见，例如切口304和出口306之间的虚线)。如图所示，出口306 可与蒸发器300壳体的底部大约在同一平面上，以使得蒸发器组件或整个冷 却器单元的高度不会增加或至少仅最小量地增加。

方面

将了解的是，方面1至16中的任一项可与方面16至18中的任一项结合， 且方面16和17的任一个可与方面18结合。

方面1.一种用于HVAC系统的供热、通风、空调(HVAC)单元，其包括： 具有电机和驱动器的压缩机；流体连接至该压缩机的冷凝器；流体连接至该 冷凝器的蒸发器；单元控制器；制冷剂降温和润滑组件，其包括：流体连接 至该冷凝器的冷凝器源管线，流体连接至该蒸发器的蒸发器源管线，流体连 接至该冷凝器源管线且流体连接至该蒸发器源管线的制冷剂泵管线，该冷凝 器源管线和该蒸发器源管线馈送至该制冷剂泵管线，该制冷剂泵管线流体连 接至该压缩机的电机和驱动器中的至少一个；定位在该制冷剂泵管线上的制 冷剂泵，该制冷剂泵具有与制冷剂泵管线流体连接的入口和出口，以及设置 于冷凝器源管线上的流量控制装置，该设置于冷凝器源管线上的流量控制装 置具有打开状态和关闭状态，设置于蒸发器源管线上的流量控制装置，该设 置于蒸发器源管线上的流量控制装置具有打开状态和关闭状态；和邻近该蒸 发器的较低部分设置并流体连接至该蒸发器出口的蒸发器接入口，该蒸发器 接入口通过蒸发器源管线流体连接至制冷剂降温和润滑组件。

方面2.根据方面1所述的HVAC单元，其中在压缩机启动状态过程中， 该单元控制器设置为将设置于冷凝器源管线上的流量控制装置激发到关闭状 态，其中设置于冷凝器源管线上的流量控制装置在关闭状态是用于将冷凝器 从制冷剂降温和润滑组件上分离，且该单元控制器用于将设置于蒸发器源管 线上的流量控制装置激发到打开状态，该蒸发器源管线用于将制冷剂流从蒸 发器的蒸发器接入口引导至制冷剂降温和润滑组件。

方面3.根据方面1或2所述的HVAC单元，其中在该压缩机的运行状态 中，该单元控制器用于将设置于冷凝器源管线上的流量控制装置激发到将制 冷剂从冷凝器通过冷凝器源管线并通过制冷剂泵管线和制冷剂泵引入到压缩 机的电机和驱动器的至少一个中，以使得该压缩机的电机和驱动器的至少一 个降温。

方面4.根据方面1至3中任一项所述的HVAC单元，其中该控制器设置 为接收来自感测器的输入信息，以确定在制冷剂泵管线中是否存在合适的压 差，以将设置于冷凝器源管线上的流量控制装置激发为将制冷剂引导至压缩 机中。

方面5.根据方面1至4中任一项所述的HVAC单元，其中设置于冷凝器 源管线上的流量控制装置和设置于蒸发器源管线上的流量控制装置的至少一 个是电磁阀。

方面6.根据方面1至5中任一项所述的HVAC单元，其中该蒸发器包括 制冷剂分布器，该蒸发器接入口设置于该制冷剂分布器外部。

方面7.根据方面6所述的HVAC单元，其中该蒸发器接入口设置于制冷 剂分布器的纵向方向相对中间部分处。

方面8.根据方面1至7中任一项所述的HVAC单元，其中该蒸发器接入 口设置于蒸发器的纵向方向的相对中间部分处。

方面9.根据方面1至8中任一项所述的HVAC单元，其中该蒸发器接入 口包括设置于该蒸发器中的切口。

方面10.根据方面9所述的HVAC单元，其中该切口包括朝向彼此变细 的侧壁。

方面11.根据方面1至10中任一项所述的HVAC单元，其中该蒸发器接 入口包括用于流体接入该蒸发器的管道。

方面12.根据方面1至11中任一项所述的HVAC单元，其中该蒸发器 的出口设置为与蒸发器的底部大约在同一平面中。

方面13.根据方面1至12中任一项所述的HVAC单元，其中该蒸发器 源管线、蒸发器源阀、制冷剂泵管线和制冷剂泵的任意一个或多个向下倾斜， 以定位为允许蒸汽制冷剂能通过蒸发器源管线、蒸发器源阀、制冷剂泵管线 和制冷剂泵的一个或多个上升至液体流路径的顶部，以及流回至蒸汽器，同 时使得液体制冷剂能流至制冷剂泵。

方面14.根据方面1至13中任一项所述的HVAC单元，其中该HVAC 单元为水冷却器。

方面15.根据方面1至14中任一项所述的HVAC单元，其中该HVAC 单元为无油水冷却器。

方面16.一种引发制冷剂降温和润滑组件的制冷剂泵的方法，包括：利 用单元控制器确定是否存在压缩机启动状态；利用该单元控制器将设置于冷 凝器源管线上的流量控制装置激发至关闭状态，并将冷凝器与制冷剂泵和制 冷剂泵管线分离，其中该冷凝器流体连接至冷凝器源管线；利用该单元控制 器将设置于蒸发器源管线上的流量控制装置激发至打开状态；将来自蒸发器 的制冷剂通过蒸发器接入口供源；并将来自蒸发器的制冷剂引导通过该蒸发 器接入口，通过该蒸发器源管线并通过设置于蒸发器源管线上的流量控制装 置，并对该制冷剂泵管线增压。

方面17.根据方面16所述的方法，还包括通过单元控制器接收来自感测 器的输入信息，并利用该单元控制器确定沿着制冷剂泵管线是否存在合适的 压差，以将设置于冷凝器源管线上的流量控制装置激发至打开状态，和将设 置于蒸发器源管线上的流量控制装置激发至关闭状态。

方面18.一种润滑HVAC系统的压缩机的方法，该方法包括：利用单元 控制器将设置于蒸发器源管线上的流量控制装置激发至打开状态，并利用来 自该蒸发器源管线的制冷剂流对制冷剂泵管线增压，该蒸发器源管线与蒸发 器流体连接；通过蒸发器接入口对来自蒸发器的制冷剂接入；通过单元控制 器接收来自感测器的输入信息，并利用该单元控制器确定沿着制冷剂泵管线 是否存在合适的压差，以启动设置于冷凝器源管线上的流量控制装置以将制 冷剂引导至压缩机中；当该单元控制器检测到沿着制冷剂泵管线存在合适的 压差时，利用单元控制器将设置于冷凝器源管线上的流量控制装置激发至打 开状态；利用该单元控制器将设置于蒸发器源管线上的流量控制装置激发至 关闭状态；以及启动该压缩机并通过递送来自该冷凝器源管线的制冷剂来对 该压缩机的电机和驱动器的至少一个进行润滑，其中该冷凝器源管线流体连 接至冷凝器，由此自该冷凝器供应制冷剂。

相关于前面的描述，应理解的是，可在不脱离本发明的范围的情况下进 行详细变更。应理解的是，说明书和描绘的实施例将仅视为示例性的。