專利名稱:渦輪冷凍機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及渦輪冷凍機(jī)。
圖12(A)和12(B)表示傳統(tǒng)的渦輪冷凍機(jī)的一個(gè)實(shí)例。
當(dāng)渦輪壓縮機(jī)1工作時(shí),從渦輪壓縮機(jī)1排出的高壓氣態(tài)冷凍劑被送至冷凝器2,氣態(tài)冷凍劑將熱量散至流過傳熱管3冷卻介質(zhì)如冷卻水,從而在冷凝器中冷凝并液化,如圖12(A)所示。
然后,上述液態(tài)冷凍劑流入一中間冷卻器4,在其中液態(tài)冷凍劑的壓力在高壓側(cè)節(jié)流(或減壓)機(jī)構(gòu)24中被減至中間壓力。因此,一部分液態(tài)冷凍劑蒸發(fā)。另外,液滴由液滴分離器26分離。其后,蒸發(fā)被吸入渦輪壓縮機(jī)1的高級(jí)側(cè)葉輪8。
由于蒸發(fā)的潛熱,剩余的液態(tài)冷凍劑被冷卻。其后,剩余的液態(tài)由低壓側(cè)減壓機(jī)構(gòu)25減壓,因此使液態(tài)冷凍劑的流動(dòng)速率得到調(diào)節(jié),同時(shí),出現(xiàn)絕熱膨脹,從而得到氣液兩相流。
然后,冷凍劑進(jìn)入一個(gè)蒸發(fā)器5,在其中介質(zhì)吸收來自流過傳熱管6的冷卻介質(zhì)如鹽水和冷卻水的熱量而蒸發(fā)和汽化,并變成低壓氣態(tài)冷凍劑。上述低壓氣態(tài)冷凍劑再次被吸入渦輪壓縮機(jī)1。
渦輪壓縮機(jī)1的離心葉輪7和8固定地裝在轉(zhuǎn)軸9的端部上,在軸向上間隔開來并封裝在密封殼10中。
另外,小齒輪11固定地安裝在上述轉(zhuǎn)軸9的另一個(gè)端部上。在齒輪室19中,小齒輪11與固定地安裝在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)13的輸出軸14上的一齒輪(或輪)12相嚙合。
渦輪壓縮機(jī)1的轉(zhuǎn)軸9由齒輪室19中的軸承15和16支承,而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)13的輸出軸14由軸承17和18支承。
油槽20在齒輪室19的底部中形成。儲(chǔ)存在油槽20中的潤(rùn)滑油被油泵21抽至一個(gè)油冷卻器22,在油冷卻器中使?jié)櫥秃鸵蚜鬟^傳熱管23的冷卻介質(zhì)可進(jìn)行熱交換,從而使?jié)櫥偷玫嚼鋮s。另外,借助過濾器27從潤(rùn)滑油清除異物后,冷卻的潤(rùn)滑油被送向并潤(rùn)滑小齒輪11、齒輪12和軸承15,16,17和18。其后,潤(rùn)滑油返回油槽20。
現(xiàn)在參閱圖12(B),圖中表示上述冷卻循環(huán)的莫氏圖。
然后,使處于狀態(tài)A的吸入渦輪壓縮機(jī)1的氣態(tài)冷凍劑借助低級(jí)側(cè)葉輪7的壓縮進(jìn)入狀態(tài)B。然后,氣態(tài)的冷凍劑當(dāng)處于狀態(tài)C時(shí)吸入高級(jí)側(cè)葉輪8,然后壓縮成狀態(tài)D。
使用冷凝器2,通過冷卻使上述氣態(tài)冷凍劑進(jìn)入狀態(tài)E。然后通過冷凝使上述冷凍劑氣體變成處于狀態(tài)F的飽和液態(tài)冷凍劑。然后,借助中間冷卻器4的高壓側(cè)減壓機(jī)構(gòu)24減壓而使上述飽和液態(tài)冷凍劑進(jìn)入狀態(tài)G。另外,一部分這種飽和冷卻介質(zhì)蒸發(fā)并進(jìn)入狀態(tài)C,然后被吸入高級(jí)側(cè)葉輪8。
借助低壓側(cè)減壓機(jī)構(gòu)25減壓使其余液態(tài)冷凍劑進(jìn)入狀態(tài)H并進(jìn)而進(jìn)入狀態(tài)I。這種冷卻介質(zhì)通過在蒸發(fā)器5中蒸發(fā)而變至狀態(tài)A,然后被吸入渦輪壓縮機(jī)1。
順便講一講,在莫氏圖中,標(biāo)號(hào)J代表飽和液線;K代表飽和蒸汽線。
但是,在上述傳統(tǒng)的渦輪冷凍機(jī)中,渦輪壓縮機(jī)1的轉(zhuǎn)軸9是由軸承15和16支承的,另外,尖電動(dòng)機(jī)13的輸出軸14是由軸承17和18支承的,另外,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)13的動(dòng)力通過齒輪12和小齒輪11傳至渦輪壓縮機(jī)1,因此,前述傳統(tǒng)的渦輪冷凍機(jī)存在的問題是,渦輪壓縮機(jī)1、增速機(jī)構(gòu)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)13的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜,不僅其尺寸、重量和成本增加,而且其機(jī)械損失高、性能系數(shù)(COP)低。
另外,軸承15,16,17和18,以及齒輪12和小齒輪11是由潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的,因此,必須定期更換潤(rùn)滑油。另外,潤(rùn)滑油和冷卻介質(zhì)不能避免相互通過轉(zhuǎn)軸9混合。
當(dāng)溫度和壓力上升時(shí),混有潤(rùn)滑油的冷卻介質(zhì)蒸發(fā),因此,存在發(fā)生油泵21的空穴現(xiàn)象,軸承15,16,17和18的潤(rùn)滑故障和咬住等顧慮。
另外,當(dāng)潤(rùn)滑油混有冷卻介質(zhì)時(shí),冷凝器2和蒸發(fā)器5的傳熱性能變劣。因此,存在發(fā)生冷卻能力下降、動(dòng)力消耗增加、引起冷凍機(jī)非正常停機(jī)的顧慮。
本發(fā)明是為解決傳統(tǒng)渦輪冷凍機(jī)的上述問題而完成的。本發(fā)明的要點(diǎn)在于,在本發(fā)明的渦輪冷凍機(jī)(下文中有時(shí)稱為第一渦輪冷凍機(jī))中,從一渦輪壓縮機(jī)排出的冷凍劑通過向冷卻介質(zhì)散熱而在冷凝器中冷凝,然后由一減壓機(jī)構(gòu)或節(jié)流機(jī)構(gòu)減壓,其后,冷凍劑通過在蒸發(fā)器中從冷卻介質(zhì)吸收熱量而蒸發(fā),并循環(huán)回前述渦輪壓縮機(jī),在這種冷凍機(jī)中,一個(gè)直接連接于前述渦輪壓縮機(jī)葉輪的變換電動(dòng)機(jī)(inverter motor)的輸出軸由被液態(tài)冷凍劑潤(rùn)滑的軸承支承,本發(fā)明的要點(diǎn)還在于,所述渦輪冷凍機(jī)設(shè)有一控制裝置,它適于控制一個(gè)設(shè)在上述渦輪壓縮機(jī)中的抽吸葉片和變換電動(dòng)機(jī),這是通過使抽吸葉片和變換電動(dòng)機(jī)相配合(聯(lián)動(dòng))而實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方面(相應(yīng)于第二渦輪冷凍機(jī))在于從上述蒸發(fā)器的一個(gè)容器中抽出的飽和冷凍劑在由一個(gè)液態(tài)冷凍劑泵加壓后送至前述軸承。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方向(相應(yīng)于第三渦輪冷凍機(jī))在于前述渦輪壓縮機(jī)是多級(jí)渦輪壓縮機(jī),前述渦輪冷凍機(jī)設(shè)有一中間冷卻器,其用于冷卻由前述冷凝器冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑的一部分,冷凝的冷凍劑的其余部分蒸發(fā)以實(shí)現(xiàn)這種冷卻,由該中間冷卻器冷卻的液態(tài)冷凍劑由一液態(tài)冷凍劑泵加壓,其后,加壓的冷凍劑被送至前述的軸承。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方面(相應(yīng)于第四渦輪冷凍機(jī))在于,由前述冷凝器冷凝的飽和狀態(tài)冷凍劑由液態(tài)冷凍劑泵加壓。其后,加壓的冷凍劑被送至前述軸承。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方面(相應(yīng)于第五渦輪冷凍機(jī))在于,由前述冷凝器冷凝的飽和冷凍劑由一過冷器過冷,其后,過冷的冷凍劑被送至前述軸承。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方面(相應(yīng)于第六渦輪冷凍機(jī))在于,由前述冷凝器冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑由液態(tài)冷凍劑泵加壓并由過冷器過冷,其后,加壓和過冷的液態(tài)冷凍劑被送至前述過冷器。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方面(相應(yīng)于第七渦輪冷凍機(jī))在于,前述飽和液態(tài)冷凍劑是通過下述方式由前述過冷器過冷的,即,使前述飽和液態(tài)冷凍劑和前述冷卻介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方面(相應(yīng)于第八渦輪冷凍機(jī))在于前述飽和液態(tài)冷凍劑是通過下述方式由前述過冷器過冷的,即,使前述飽和液態(tài)冷凍劑和前述被冷卻的介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方面(相應(yīng)于第九渦輪冷凍機(jī))在于前述過冷器包括一個(gè)設(shè)在前述蒸發(fā)器中的傳熱管,流過該傳熱管的前述飽和液態(tài)冷凍劑是利用冷凍劑在該管外蒸發(fā)的潛熱過冷的。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方面(相應(yīng)于第十渦輪冷凍機(jī))在于前述過冷器安裝在前述蒸發(fā)器的上游,利用已流過前述節(jié)流機(jī)構(gòu)的冷凍劑的蒸發(fā)潛熱來過冷前述飽和液態(tài)冷凍劑。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方面(相應(yīng)于第十一渦輪冷凍機(jī))在于前述過冷器被與前述減壓機(jī)構(gòu)并聯(lián)地連接,利用從其分流出來并流過一小容量節(jié)流機(jī)構(gòu)的冷凍劑的蒸發(fā)潛熱來過冷前述飽和液態(tài)冷凍劑。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方面(相應(yīng)于第十二渦輪冷凍機(jī))在于,前述渦輪壓縮機(jī)是多級(jí)渦輪壓縮機(jī),前述渦輪冷凍機(jī)設(shè)有一個(gè)中間冷卻器,它具有一高壓側(cè)節(jié)流機(jī)構(gòu)和一低壓側(cè)節(jié)流機(jī)構(gòu),前述渦輪冷凍機(jī)設(shè)有一條旁路,其用于將一部分前述飽和液態(tài)冷凍劑引入前述中間冷卻器的前述低壓側(cè)節(jié)流機(jī)構(gòu)的上游側(cè),前述過冷器插入前述旁路中,利用已從前述飽和液態(tài)冷凍劑分流出來并流過一小容量節(jié)流機(jī)構(gòu)的中間壓力冷凍劑的蒸發(fā)潛熱來過冷前述飽和液態(tài)冷凍劑。
本發(fā)明的另一個(gè)特征方面(相應(yīng)于第十三渦輪冷凍機(jī))在于,前述渦輪冷凍機(jī)設(shè)有另一個(gè)小的冷凍循環(huán),在前述蒸發(fā)器中從該冷凍循環(huán)吸收熱量,前述過冷器由前述小的冷凍循環(huán)的一蒸發(fā)器構(gòu)成。
在本發(fā)明的前述第一渦輪冷凍機(jī)的情形中,渦輪壓縮機(jī)是由變換電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。因此,渦輪壓縮機(jī)可以通過增加反向頻率(inverter frlquency)而高速轉(zhuǎn)動(dòng)。
因此,本發(fā)明的第一渦輪冷凍機(jī)并不需要增速機(jī)構(gòu),這一點(diǎn)與傳統(tǒng)的渦輪冷凍機(jī)不同。因此,渦輪冷凍機(jī)的結(jié)構(gòu)可被簡(jiǎn)化。另外,還要減小其尺寸、重量及成本,另外還可以降低其機(jī)械損失,從而可提高其性能系數(shù)(COP)。
另外,在本發(fā)明的第一渦輪冷凍機(jī)中設(shè)有抽吸葉片。另外,渦輪壓縮機(jī)通過一控制裝置使該抽吸葉片的開度(即吸氣量)與變換電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)聯(lián)系起來而受到控制。因此,渦輪壓縮機(jī)的效率可得到提高,從而可以提高渦輪冷凍機(jī)的性能系數(shù)(COP)。246另外渦輪壓縮機(jī)的葉輪直接連接于變換電動(dòng)機(jī)的輸出軸,因而這些構(gòu)件可以裝在一個(gè)密封殼內(nèi)。另外,渦輪冷卻機(jī)在這方面可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。因此可以減小其尺寸、重量和成本,另外,還可減小其機(jī)械損失。
另外,變換電動(dòng)機(jī)的輸出軸是由被液態(tài)冷凍劑潤(rùn)滑的軸承支承的,因而無需使用潤(rùn)滑油,因此不必定期更換潤(rùn)滑油。因此,不會(huì)存在冷凍劑與潤(rùn)滑油混合的問題。因此,油泵的空穴、軸承的潤(rùn)滑故障及冷凝器和蒸發(fā)器的傳熱性能的變劣都可得以防止。
在本發(fā)明的前述第二渦輪冷凍機(jī)的情形中,從蒸發(fā)器容器抽取的飽和液態(tài)冷凍劑被一液態(tài)冷凍劑泵加壓,其后,加壓的冷凍劑被送至軸承。因此,在過冷狀態(tài)的液態(tài)冷凍劑被送至軸承,從而不在軸承中蒸發(fā),使軸承得到有效的潤(rùn)滑。
在本發(fā)明的前述第三渦輪冷凍機(jī)的情形中,由過冷器冷卻的液態(tài)冷凍劑在由液態(tài)冷凍劑泵加壓后送至軸承。因此,準(zhǔn)備送至軸承的液態(tài)冷凍劑可容易地進(jìn)入過冷狀態(tài),從而使軸承得到有效的潤(rùn)滑。
在本發(fā)明的前述第四渦輪冷凍機(jī)的情形中,由冷凝器冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑在由液態(tài)冷凍劑泵加工后送至軸承。因此,準(zhǔn)備送至軸承的液態(tài)冷凍劑可容易地進(jìn)入過冷狀態(tài),從而使軸承受到液態(tài)冷凍劑的有效潤(rùn)滑。
在本發(fā)明的前述第五渦輪冷凍機(jī)的情形中,由所述冷凝器冷凝的飽和冷凍劑在由過冷器過冷后送至軸承。因此,軸承可以由液態(tài)冷凍劑有效地潤(rùn)滑。
在本發(fā)明的前述第六渦輪冷凍機(jī)的情形中,由所述冷凝器冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑在由液態(tài)冷凍劑泵加壓及由過冷器過冷后送至軸承。因此,軸承可受到液態(tài)冷凍劑的有效潤(rùn)滑。
在本發(fā)明的前述第七渦輪冷凍機(jī)的情形中,飽和液態(tài)冷凍劑借助過冷器使飽和液態(tài)冷凍劑和冷卻介質(zhì)之間熱交換從而被過冷。因此,軸承可以被液態(tài)冷凍劑有效的冷卻。
在本發(fā)明的前述第八渦輪冷凍機(jī)的情形中,飽和液態(tài)冷凍劑借助過冷器使飽和液態(tài)冷凍劑和被冷卻的介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換從而被過冷。因此,軸承可受到液態(tài)冷凍劑的有效潤(rùn)滑。
在本發(fā)明的前述第九渦輪冷凍機(jī)的情形中,過冷器包括一設(shè)置在蒸發(fā)器中的傳熱管。另外,流過傳熱管的飽和液態(tài)冷凍劑利用冷凍劑在管外的蒸發(fā)潛熱被過冷。因此,軸承可以受到液態(tài)冷凍劑的有效潤(rùn)滑。
在本發(fā)明的前述第十渦輪冷凍機(jī)的情形中,過冷器安裝在蒸發(fā)器的上游,并利用已流過節(jié)流機(jī)構(gòu)的冷凍劑的蒸發(fā)潛熱過冷液態(tài)冷凍劑。因此,軸承可以受到液態(tài)冷凍劑的有效潤(rùn)滑。
在本發(fā)明的前述第十一渦輪冷凍機(jī)的情形中,過冷器與節(jié)流機(jī)構(gòu)并聯(lián)地連接,利用從其分流出來及流過一個(gè)小容量節(jié)流機(jī)構(gòu)的冷凍劑的蒸發(fā)潛熱過冷飽和液態(tài)冷凍劑。因此,軸承可以受到液態(tài)冷凍劑的有效潤(rùn)滑。
在本發(fā)明的前述第十二渦輪冷凍機(jī)的情形中,過冷器被插入旁路,利用從其分流出來并流過一小容量節(jié)流機(jī)構(gòu)的中間壓力的冷凍劑的蒸發(fā)潛熱過冷飽和液態(tài)冷凍劑。因此,軸承可以受到液態(tài)冷凍劑的有效潤(rùn)滑。
在本發(fā)明的前述第十三渦輪冷凍機(jī)的情形中,過冷器是由一個(gè)小冷凍循環(huán)的蒸發(fā)器構(gòu)成的。因此,準(zhǔn)備送至軸承的液態(tài)冷凍劑可以容易地被過冷,從而使軸承受到液態(tài)冷凍劑的有效潤(rùn)滑。
現(xiàn)在對(duì)照以下附圖詳述推薦實(shí)施例,進(jìn)一步闡明本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn),在各附圖中相同件號(hào)代表相同的零件。
圖1(A)是本發(fā)明第一實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖1(B)是本發(fā)明第一實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖;圖2(A)是本發(fā)明第二實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖2(B)是本發(fā)明第二實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖;圖3(A)是本發(fā)明第三實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖3(B)是本發(fā)明第三實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖;圖4(A)是本發(fā)明第四實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖4(B)是本發(fā)明第四實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖4(C)和4(D)是分別表示本發(fā)明第四實(shí)施例的變型的示意圖;圖5(A)是本發(fā)明第五實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖5(B)是本發(fā)明第五實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖;圖6(A)是本發(fā)明第六實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖6(B)是本發(fā)明第六實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖;圖6(C)和6(D)分別是表示本發(fā)明第六實(shí)施例的變型的示意圖;圖7(A)是本發(fā)明第七實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖7(B)是本發(fā)明第七實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖;圖8(A)是本發(fā)明第八實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖8(B)是本發(fā)明第八實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖;圖9(A)是本發(fā)明第九實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖9(B)是本發(fā)明第九實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖;圖9(C)是表示本發(fā)明第九實(shí)施例的變型的示意圖;圖10(A)是本發(fā)明第十實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖10(B)是本發(fā)明第十實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖;圖10(C)是表示本發(fā)明第十實(shí)施例的變型的示意圖;圖11(A)是本發(fā)明第十一實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖11(B)是本發(fā)明第十一實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖;圖12(A)是傳統(tǒng)的渦輪冷凍機(jī)的系統(tǒng)示意圖;圖12(B)是傳統(tǒng)的渦輪冷凍機(jī)的莫氏圖。
圖1(A)和1(B)表示本發(fā)明第一實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)。
渦輪壓縮機(jī)30的離心葉輪31固定地安裝在變換電動(dòng)機(jī)32的輸出軸33的端部上。
另外,葉輪31和變換電動(dòng)機(jī)32封裝在一個(gè)密封殼34中。
頻率由變換器35調(diào)節(jié)或控制的電流通過接頭36送至變換電動(dòng)機(jī)32。
抽吸葉片37設(shè)置在渦輪壓縮機(jī)30的密封殼34中。采用本實(shí)施例,使吸入渦輪壓縮機(jī)30的冷凍劑氣體量通過電動(dòng)機(jī)38開、閉抽吸葉片37而受到調(diào)節(jié)。
另外,變流器35和抽吸葉片從控制裝置48接受命令(或指示),然后相互配合并同時(shí)受到控制。
變換電動(dòng)機(jī)32的輸出軸由徑向軸承39和40及止推軸承41和42支承。
在蒸發(fā)器5底部中形成容器43。容順43中的飽和液態(tài)冷凍劑由液態(tài)冷凍劑泵44抽取。另外,抽取的液態(tài)冷凍劑在預(yù)定壓力下由該液態(tài)冷凍劑泵44加壓,即進(jìn)入過冷狀態(tài)。本實(shí)施例適于在其后將液態(tài)冷凍劑送至并潤(rùn)滑每個(gè)軸承39至42。
另外,在潤(rùn)滑軸承39至42之后,液態(tài)冷凍劑由于自重和壓差返回蒸發(fā)器5的殼體45。
因此,當(dāng)操縱渦輪冷凍機(jī)時(shí),從渦輪壓縮機(jī)30排出的氣態(tài)冷凍劑進(jìn)入冷凝器2的殼體46。在該殼體46中,氣態(tài)冷凍劑通過將熱量散至流過傳熱管3的冷卻介質(zhì)而冷凝的液化。
該液態(tài)冷凍劑進(jìn)入一節(jié)流機(jī)構(gòu)47。然后,液態(tài)冷凍劑在其中減壓,從而發(fā)生絕熱膨脹,同時(shí)其流動(dòng)速率得到調(diào)節(jié),因此得到氣液兩相流。
然后,該冷凍劑進(jìn)入蒸發(fā)器5的殼體45。另外,該冷凍劑通過冷卻流過傳熱管6的被冷卻介質(zhì)而蒸發(fā)和氣化。其后,冷凍劑被吸入渦輪壓縮機(jī)30,然后再次在其中受到壓縮。
現(xiàn)在參閱1(B),該圖表示這種冷凍循環(huán)的莫氏圖。
在狀態(tài)A中被吸入渦輪壓縮機(jī)30的氣態(tài)冷凍劑由于受到葉輪31的壓縮而進(jìn)入狀態(tài)B。
然后,通過冷凝器2的冷卻,該氣態(tài)冷凍劑進(jìn)入狀態(tài)C。其后,該氣態(tài)冷凍劑通過冷凝變成處于狀態(tài)D的飽和液態(tài)冷凍劑。
該飽和液態(tài)冷凍劑通過被節(jié)流機(jī)構(gòu)47減壓而進(jìn)入狀態(tài)E。其后,該冷凍劑在蒸發(fā)器5中蒸發(fā)。因此,該冷凍劑進(jìn)入狀態(tài)A,然后被吸入渦輪壓縮機(jī)30。順便講一講,J代表飽和液線;K代表飽和汽線。
因此,由于在本實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)中,渦輪壓縮機(jī)30是由變換電動(dòng)機(jī)32驅(qū)動(dòng),因而渦輪壓縮機(jī)30可以通過增加變流器頻率而高速轉(zhuǎn)動(dòng)。
因此,本實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)無需增速機(jī)構(gòu),這一點(diǎn)與傳統(tǒng)的渦輪冷凍機(jī)不同,因而可以簡(jiǎn)化渦輪冷凍機(jī)的結(jié)構(gòu),另外還可以減小其尺寸、重量和成本,另外還可以降低機(jī)械損失,從而提高其性能系數(shù)。
另外,抽吸葉片37設(shè)置在渦輪冷凍機(jī)30中。另外,渦輪壓縮機(jī)30是由控制裝置48使該抽吸葉片37的開度(即,吸氣量)與變換電動(dòng)機(jī)32的轉(zhuǎn)數(shù)相配合而得到控制的。因此,渦輪壓縮機(jī)30的效率可得以提高,從而可以提高渦輪冷凍機(jī)的性能系數(shù)(COP)。
另外,渦輪壓縮機(jī)30的葉輪31直接連接于變換電動(dòng)機(jī)32的輸出軸33。因此,這些構(gòu)件可封裝在一個(gè)密封殼34中。另外,該渦輪冷凍機(jī)的結(jié)構(gòu)可得到簡(jiǎn)化。因此,在本實(shí)施例中的渦輪冷凍機(jī)可減小尺寸、重量和成本,還可以降低其機(jī)械損失。
另外,變換電動(dòng)機(jī)32的輸出軸33是由被液態(tài)冷凍劑潤(rùn)滑的軸承39至42支承的。因此與傳統(tǒng)的渦輪冷凍機(jī)不同,它無需使用潤(rùn)滑油。
因此,與傳統(tǒng)的渦輪冷凍機(jī)不同,它無需定期更換潤(rùn)滑油。另外,潤(rùn)滑油和冷凍劑不會(huì)混合。因此,可以防止軸承的潤(rùn)滑故障,以及每個(gè)冷凝器2和蒸發(fā)器5的傳熱性能的變劣。
另外,在本實(shí)施例中,從蒸發(fā)器5的容器42抽取的飽和液態(tài)冷凍劑在由液態(tài)冷凍劑泵44加壓后送至軸承39至42的。送往軸承39至42的液態(tài)冷凍劑處于由圖1(B)的莫氏圖中P1所示的過冷狀態(tài)中。因此,這種液態(tài)冷凍劑在軸承39至42中根本不會(huì)蒸發(fā)。因此,軸承39至42可受到液態(tài)冷凍劑的有效潤(rùn)滑。
現(xiàn)在參閱圖2(A)和2(B),它們表示本發(fā)明第二實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)。
在第二實(shí)施例的情形中,渦輪壓縮機(jī)是兩級(jí)渦輪壓縮機(jī)50。另外,渦輪壓縮機(jī)50的所有離心葉輪51和52以在軸向上相間隔的方式固定比安裝在變換電動(dòng)機(jī)32的輸出軸33的端部。
另外,在冷凝器2下游設(shè)置一個(gè)中間冷卻器53,其用于蒸發(fā)一部分由冷凝器2冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑,從而冷卻冷凍劑的其余部分。
該中間冷卻器設(shè)有一高壓腔59和一低壓腔60,它們是使用膜片58分隔殼體54的內(nèi)部空間而形成的,一高壓側(cè)節(jié)流機(jī)構(gòu)55設(shè)在高壓腔59中,一低壓側(cè)節(jié)流機(jī)構(gòu)56設(shè)在低壓腔60中,還設(shè)有一個(gè)霧分離器(即,除霧器)57。
在冷凝器2中冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑被送至高壓腔59,在其中冷凍劑借助高壓側(cè)節(jié)流機(jī)構(gòu)55減壓而變?yōu)橹虚g壓力。然后,一部分冷凍劑在低壓腔60中蒸發(fā),因此,使其余冷凍劑被冷卻。
在蒸發(fā)的氣態(tài)冷凍劑中的霧在流過霧分離器57時(shí)被分離出來,冷凍劑從渦輪壓縮機(jī)50的的中間吸入開口61吸入第二葉輪52,并在那里受到壓縮。
被冷卻的液態(tài)冷凍劑被低壓側(cè)節(jié)流機(jī)構(gòu)56再次減壓,引起它的絕熱膨脹并調(diào)節(jié)了它的流動(dòng)速率。然后,該液態(tài)冷凍劑被送至蒸發(fā)器5。
本實(shí)施例適于在中間冷卻器53冷卻的一部分液態(tài)冷凍劑被液態(tài)冷凍劑泵44加壓后,液態(tài)冷凍劑被送至并潤(rùn)滑軸承39至42。
本實(shí)施例的其它零部件與圖1(A)和圖1(B)所示的實(shí)施例相似。在圖2(A)和2(B)中,相同的標(biāo)號(hào)代表相應(yīng)的部件,另外,對(duì)這些部件不再贅述。
因此,在第二實(shí)施例中,送至軸承39至42的液態(tài)冷凍劑處于圖2(B)的莫氏圖中P2所示的過冷狀態(tài)。因此,可防止液態(tài)冷凍劑在軸承39至42中蒸發(fā)。另外,與第一實(shí)施例相比較,液態(tài)冷凍劑泵44的尺寸可減小,其驅(qū)動(dòng)力或功率可節(jié)省。
下面參閱圖3(A)和3(B),它們表示本發(fā)明第三實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)。
第三實(shí)施例中,由冷凝器2冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑在由液態(tài)冷凍劑泵44加壓后送至軸承39至42。
本實(shí)施例的其它零部件與圖1(A)和1(B)中所示的第一實(shí)施例相似。在圖3(A)和3(B)中,相同的件號(hào)代表相應(yīng)的零件,且對(duì)這些零件不再贅述。
因此,在第三實(shí)施例中,送至軸承39至42的液態(tài)冷凍劑處于圖3(B)的莫氏圖中P3所示的過冷狀態(tài)。因此,軸承39至42可以被液態(tài)冷凍劑有效地潤(rùn)滑。
現(xiàn)在參閱圖4(A)至4(D),它們表示本發(fā)明第四實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)。
第四實(shí)施例中飽和液態(tài)冷凍劑在冷凍劑進(jìn)入過冷器62的槽63,且在冷凍劑和流過傳熱管64的冷卻介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換而被過冷之后送向軸承39至42。來自傳熱管64的冷卻介質(zhì)流入冷凝器2的傳熱管3。
順便講一講,如圖4(C)所示,第四實(shí)施例可加以變化,使冷卻介質(zhì)被分流,使部分冷卻介質(zhì)流入冷凝器2的傳熱管3中。另外,如圖4(D)所示,第四實(shí)施例可以被改變,使液態(tài)冷凍劑流過傳熱管64,使該液態(tài)冷凍劑和該管外的外部冷卻介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換。
第四實(shí)施例的其它零部件與圖1(A)和1(B)所示第一實(shí)施例相似。在圖4(A)和4(B)中,相同的件號(hào)代表相應(yīng)的零件,且對(duì)這些零件不再贅述。
因此,在第四實(shí)施例中,被冷卻而降低大約5℃,然后送至軸承39至42的液態(tài)冷凍劑處于圖4(B)的莫氏圖中P4所示的過冷狀態(tài)。因此,軸承39至42可以被該液態(tài)冷凍劑有效地潤(rùn)滑。
現(xiàn)在參閱圖5(A)和5(B),它們表示本發(fā)明第五實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)。
第五實(shí)施例中,在由過冷器62過冷后,由冷凝器2冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑由液態(tài)冷凍劑泵44加壓,然后送至軸承39至42。
本實(shí)施例的其它零部件與圖4(A)和4(B)中所示的實(shí)施例相似,在圖5(A)和5(B)中,相同的件號(hào)代表相應(yīng)的零件,且這些零件不再贅述。
因此,在第五實(shí)施例中,送至軸承39至42的液態(tài)冷凍劑處于圖5(B)的莫氏圖中P5所示的過冷狀態(tài)中。因此,軸承39至43可以由該液態(tài)冷凍劑有效潤(rùn)滑。
現(xiàn)在參閱圖6(A)至6(D),它們表示本發(fā)明第六實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)。
第六實(shí)施例中,由冷凝器2冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑進(jìn)入過冷器66的槽68,使該液態(tài)冷凍劑和流過傳熱管67的被冷卻的介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換,從而過冷液態(tài)冷凍劑。
順便講一講,如圖6(C)所示,第六實(shí)施例可被改變,使由流過傳熱管6而被冷卻的介質(zhì)流入過冷器66的傳熱管67。另外,如圖6(D)所示,第六實(shí)施例可被改變,使流過蒸發(fā)器5的傳熱管6而被冷卻的被冷卻介質(zhì)冷卻在被冷卻的介質(zhì)流過過冷器66的槽68的過程中流過傳熱管67的飽和液態(tài)冷凍劑。
本實(shí)施例中的其它零部件與圖1(A)和1(B)中所示的第一實(shí)施例相似。
因此,在第六實(shí)施例中,送至軸承39至42的液態(tài)冷凍劑處于圖6(B)的莫氏圖中P6所示的過冷狀態(tài)中。因此,軸承39至42可由該液態(tài)冷凍劑有效地潤(rùn)滑。
下面參閱圖7A和7(B),它們表示本發(fā)明第七實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)。
在第七實(shí)施例的情形中,安裝在蒸發(fā)器5的殼體45中的傳熱管70構(gòu)成一個(gè)過冷器。
因此在第七實(shí)施例中,由冷凝器2冷凝的一部分飽和液態(tài)冷凍劑進(jìn)入傳熱管70,在液態(tài)冷凍劑流過管70的過程中,液態(tài)冷凍劑被管70外的冷卻介質(zhì)的蒸發(fā)潛熱過冷。
本實(shí)施例的其它零部件與圖1(A)和1(B)中所示的第一實(shí)施例相似。
因此,在第七實(shí)施例中,送至軸承39至42的液態(tài)冷凍劑處于圖7(B)的莫氏圖中P7所示的過冷狀態(tài)。
現(xiàn)參閱圖8(A)至8(D),它們表示本發(fā)明第八實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)。
第八實(shí)施例中,過冷器72安裝在蒸發(fā)器5的上游,已在節(jié)流機(jī)構(gòu)47中進(jìn)行絕熱膨脹的氣液兩相冷凍劑被引入過冷器72的槽74中,在那里一部分冷凍劑蒸發(fā)。
因此,在由冷凝器2冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑流過上述過冷器72的傳熱管73中的過程中,該飽和液態(tài)冷凍劑被管73外的冷卻介質(zhì)的蒸發(fā)潛熱過冷。
順便講一講,如圖8(C)所示,第八實(shí)施例可被改變,使飽和液態(tài)冷凍劑引入槽74中,并被流過傳熱管73內(nèi)的冷卻介質(zhì)的蒸發(fā)潛熱過冷。
本實(shí)施例的其它零部件與圖1(A)和1(B)中所示的第一實(shí)施例相似。
因此,在第八實(shí)施例中,送至軸承39至42的液態(tài)冷凍劑處于圖8(B)的莫氏圖中P8所示的過冷狀態(tài)。因此,軸承39至42可由該液態(tài)冷凍劑有效地潤(rùn)滑。
下面參閱圖9(A)和9(B),它們表示本發(fā)明第九實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)。
在第九實(shí)施例中,過冷器76與節(jié)流機(jī)構(gòu)47并聯(lián)地連接。
因此,由冷凝器2冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑被分流,大部分飽和液態(tài)冷凍劑通過節(jié)流機(jī)構(gòu)47流入蒸發(fā)器5。但是,一部分飽和液態(tài)冷凍劑通過小容量節(jié)流機(jī)構(gòu)79流入過冷器76的槽78。然后,上述一部分飽和液態(tài)冷凍劑通過與流過傳熱管77內(nèi)的飽和液態(tài)冷凍劑之間的熱交換而蒸發(fā)。其后,冷凍劑被引至蒸發(fā)器5。
在液態(tài)冷凍劑流過傳熱管77的過程中,被管外的冷卻介質(zhì)的蒸發(fā)潛熱過冷的液態(tài)冷凍劑被送至軸承39至42。順便講一講,如圖9(C)所示,本實(shí)施例可被改變,使流過小容量節(jié)流機(jī)構(gòu)79的冷卻介質(zhì)引入過冷器76的傳熱管77中,因而流過槽78內(nèi)的飽和液態(tài)冷凍劑被過冷。
第九實(shí)施例的其它零部件與圖1(A)和1(B)所示的第一實(shí)施例相似。
因此,在第九實(shí)施例中,送至軸承39至42的液態(tài)冷凍劑處于圖9(B)的莫氏圖中P9所示的過冷狀態(tài)。因此,軸承39至42可以被該液態(tài)冷凍劑有效地潤(rùn)滑。
下面參閱圖10(A)至10(C),它們表示本發(fā)明第十實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)。
在第十實(shí)施例中,在中間冷卻器53的上游設(shè)置一旁路80,其用于使由冷凝器2冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑的一部分分流出來,并用于使分流的部分引入中間冷卻器53的低壓腔60。另外,一個(gè)小容量的節(jié)流機(jī)構(gòu)81被插入該旁路80中。
因此,一部分飽和液態(tài)冷凍劑進(jìn)入過冷器82的槽83并在其中蒸發(fā),借助小容量節(jié)流機(jī)構(gòu)81使冷凍劑減壓至中間壓力。因此,使從節(jié)流機(jī)構(gòu)81的上游被分流且流過傳熱管84的飽和液態(tài)冷凍劑被過冷。其后,這部分液態(tài)冷凍劑被送至中間冷卻器53的低壓腔60。
流過傳熱管84內(nèi)而被過冷的飽和液態(tài)冷凍劑被引至軸承39至42。
順便講一講,如圖10(C)所示,處于過冷器82的傳熱管84之外的飽和液態(tài)冷凍劑可通過下述方式被過冷,即,使由小容量節(jié)流機(jī)構(gòu)81減壓的冷凍劑在過冷器82的傳熱管84內(nèi)蒸發(fā)。
第十實(shí)施例的其它零部件與第2(A)和2(B)中所示的第二實(shí)施例相似。
因此,在第十實(shí)施例中,送至軸承39至42的液態(tài)冷凍劑處于圖10(B)的莫氏圖中P10所示的過冷狀態(tài)。因此,軸承39至42可被該液態(tài)冷凍劑有效地潤(rùn)滑。
現(xiàn)在參閱圖11(A)和11(B),它們表示本發(fā)明第十一實(shí)施例的渦輪冷凍機(jī)。
在本實(shí)施例中,在蒸發(fā)器5上游設(shè)有小冷凍循環(huán)90。該冷凍循環(huán)90包括壓縮機(jī)91、冷凝器92、節(jié)流機(jī)構(gòu)93和蒸發(fā)器94。
所述冷凝器92是由裝在蒸發(fā)器5的殼體45中的傳熱管構(gòu)成的。所述蒸發(fā)器94通過將飽和液態(tài)冷凍劑流過其中的傳熱管96裝在槽95中而構(gòu)成一個(gè)過冷器。
因此,當(dāng)操縱該小冷凍循環(huán)90的壓縮機(jī)91時(shí),在從壓縮機(jī)91排出的冷凍劑流過傳熱管92的過程中被在管92外的冷凍劑的蒸發(fā)潛熱冷卻和液化。該液態(tài)冷凍劑通過節(jié)流機(jī)構(gòu)93進(jìn)入蒸發(fā)器94的槽95。該液態(tài)冷凍劑通過吸收流過傳熱管96的飽和液態(tài)冷凍劑的熱量而蒸發(fā)。其后,蒸發(fā)的冷凍劑被吸入壓縮機(jī)91并再次被壓縮。
流過傳熱管96內(nèi)而被過冷的液態(tài)冷凍劑被送至軸承39至42。
因此,在第十一實(shí)施例中,送至軸承39至42的液態(tài)冷凍劑處于圖11(B)的莫氏圖中P11所示的過冷狀態(tài)。因此,軸承39至42可被液態(tài)冷凍劑有效地冷卻。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的推薦實(shí)施例,但是顯然本發(fā)明并不局限于此,本專業(yè)技術(shù)人員顯然可作其它修改而并不超出本發(fā)明的范圍。
因此,本發(fā)明的范圍應(yīng)該由權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種渦輪冷凍機(jī),其中,從渦輪壓縮機(jī)排出的冷凍劑在一冷凝器中通過向冷卻介質(zhì)散熱而冷凝,然后由一節(jié)流機(jī)構(gòu)減壓,其后,冷凍劑通過從一被冷卻的介質(zhì)吸熱而在一蒸發(fā)器中蒸發(fā)并被循環(huán)至所述渦輪壓縮機(jī),所述渦輪冷凍機(jī)包括一個(gè)其輸出軸直接連接于所述渦輪壓縮機(jī)的葉輪的變換電動(dòng)機(jī)由被液冷凍劑潤(rùn)滑的軸承所支承;以及一個(gè)控制裝置,其適于通過下述方式控制設(shè)在所述渦輪壓縮機(jī)中的抽吸葉片和所述變換電動(dòng)機(jī),即,使所述抽吸葉片與所述變換電動(dòng)機(jī)相互配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于從所述蒸發(fā)器的容量抽取的飽和液態(tài)冷凍劑由液態(tài)冷凍劑泵加壓,其后將被加壓的冷凍劑送至所述軸承。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于它還包括一個(gè)中間冷卻器,其用于冷卻由所述冷凝器冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑的一部分,而其余部分蒸發(fā),所述渦輪壓縮機(jī)是一多級(jí)渦輪壓縮機(jī),由所述中間冷卻器冷卻的液態(tài)冷凍劑被一液態(tài)冷凍劑泵加壓,其后,被加壓的冷凍劑被送至所述軸承。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于由所述冷凝器冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑由一液態(tài)冷凍劑泵加壓,其后,被加壓的冷凍劑被送至所述軸承。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于由所述冷凝器冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑被一過冷器過冷,其后,被過冷的冷凍劑被送至所述軸承。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于由所述冷凝器冷凝的飽和液態(tài)冷凍劑被一液態(tài)冷凍劑泵加壓,并被一過冷器過冷,其后,被加壓和過冷的液態(tài)冷凍劑被送至所述軸承。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于所述飽和液態(tài)冷凍劑是通過下述方式由所述過冷器過冷,即,使飽和液態(tài)冷凍劑和冷卻介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于所述飽和液態(tài)冷凍劑是通過下述方式由所述過冷器過冷的,即,使飽和液態(tài)冷凍劑和被冷卻的介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于所述過冷器包括一個(gè)設(shè)在所述蒸發(fā)器內(nèi)的一傳熱管,流過所述傳熱管的飽和液態(tài)冷凍劑利用所述管外的冷凍劑的蒸發(fā)潛熱而被過冷。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于所述過冷器安裝在所述蒸發(fā)器的上游,利用已流過所述節(jié)流機(jī)構(gòu)的冷凍劑的蒸發(fā)潛熱來過冷飽和液態(tài)冷凍劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于所述過冷器與所述節(jié)流機(jī)構(gòu)并聯(lián)地連接,利用已從其分流出來并流過一個(gè)小容量節(jié)流機(jī)構(gòu)的冷凍劑的蒸發(fā)潛熱來過冷飽和液態(tài)冷凍劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于它還包括一個(gè)具有一高壓側(cè)節(jié)流機(jī)構(gòu)和一低壓側(cè)節(jié)流機(jī)構(gòu)的中間冷卻器;以及一條旁路,其用于將飽和液態(tài)冷凍劑的一部分引入所述中間冷卻器的所述低壓側(cè)節(jié)流機(jī)構(gòu)的上游側(cè),其中,所述渦輪壓縮機(jī)是一多級(jí)渦輪壓縮機(jī),以及其中,所述過冷器插入所述旁路,利用已分流出來并流過一個(gè)小容量節(jié)流機(jī)構(gòu)的中間壓力的冷凍劑的蒸發(fā)潛熱來過冷飽和液態(tài)冷凍劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的渦輪冷凍機(jī),其特征在于它還包括在所述蒸發(fā)器中從其吸熱的另一個(gè)小冷凍循環(huán),其中,所述過冷器是由所述小冷凍循環(huán)的一蒸發(fā)器構(gòu)成的。
全文摘要
一種渦輪冷凍機(jī)中,從渦輪壓縮機(jī)排出的冷凍劑通向冷卻介質(zhì)散熱而在冷凝器中冷凝,然后被節(jié)流機(jī)構(gòu)減壓,其后,冷凍劑通過在蒸發(fā)器中從冷卻的介質(zhì)吸熱而蒸發(fā),并被循環(huán)至渦輪壓縮機(jī)。本發(fā)明簡(jiǎn)化了這種渦輪壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu),使其尺寸、重量和成本減小,還提高了其性能系數(shù),防止了潤(rùn)滑油和冷卻介質(zhì)的混合。本發(fā)明還設(shè)有變換電動(dòng)機(jī),其輸出軸直接連接于渦輪壓縮機(jī)葉輪,由受液態(tài)冷凍劑潤(rùn)滑的軸承支承,一個(gè)控制裝置通過下述方式控制一設(shè)在渦輪壓縮機(jī)內(nèi)的抽吸葉片和變換電動(dòng)機(jī),即,使所述抽吸葉片和變換電動(dòng)機(jī)相互配合。
文檔編號(hào)F25B7/00GK1186209SQ9712118
公開日1998年7月1日 申請(qǐng)日期1997年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月25日
發(fā)明者岸本皓夫, 上田憲治, 吉田善一 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社