一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的回油系统的制作方法

1.本发明涉及回油系统技术领域，具体而言，涉及一种用于二氧 化碳跨临界制冷系统的回油系统。


背景技术：

2.国家速滑馆等大型室内冰场的制冰系统采用了二氧化碳跨临界 制冰系统，从工质热物性来看，co2(二氧化碳)单位容积制冷量高， 约为传统工质的5～8倍。低温下运动粘度小，换热能力强。再者co2化学稳定性好，无毒无害，容易获取。将二氧化碳跨临界制冰系统运 用到大型室内冰场中，需要一套比较完善的回油系统来保证整个制冷 系统的正常、高效运行。
3.目前，在制冷系统中，压缩机组需要润滑油进行润滑，润滑油会 随制冷剂进入到整个系统中进行循环，在循环过程中把润滑油收集重 新进入到压缩机组，再进行下次循环。
4.现阶段中，制冷系统(主要是氟系统、氨系统等)中的回油系统 相对比较简单，一般都是在压缩机排气处设置油分离器，绝大部分的 润滑油可以通过油分离器进行分离，然后再回到压缩机中，剩余少部 分的润滑油和制冷剂混合在系统中运行，在制冷系统末端(冷风机、 冷排管)的出口处设置u型弯来存储润滑油，正常情况下，u型弯中 的润滑油可以直接由制冷剂带走，重新进入压缩机。整个回油系统比 较简单，很难均匀分配给不同工况的压缩机，不适合大型室内冰场。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种用于二氧化 碳跨临界制冷系统的回油系统。
6.本发明实施例提供了一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的回油 系统，包括：一级分离子系统和二级分离子系统；
7.所述一级分离子系统用于对压缩机的排气进行一级分离，所述排 气包括二氧化碳制冷剂和密度大于所述二氧化碳制冷剂的密度的润滑 油；所述二级分离子系统包括低压循环储液器、集油结构和换热器
8.所述一级分离子系统的输出端与所述低压循环储液器的输入端 相连通，且所述一级分离子系统的输出端还与所述换热器的第一输入 端相连通，所述一级分离子系统的输出端用于输出经过一级分离后的 制冷剂；
9.所述集油结构设置在所述低压循环储液器的底部，并与所述低压 循环储液器相连通；所述集油结构的所在位置高于所述换热器的所在 位置，且所述集油结构的输出端与所述换热器的第二输入端相连通；
10.所述换热器的第一输出端与所述低压循环储液器的输入端相连 通；所述换热器的第二输出端与所述一级分离子系统相连通，用于输 出再次分离后的润滑油；所述换热器
的第三输出端与所述低压循环储 液器的输入端相连通，用于输出再次分离后的制冷剂；
11.其中，所述换热器的第一输入端与所述第一输出端内部连通，所 述换热器的第二输入端与所述第二输出端、第三输出端内部连通。
12.在一种可能的实现方式中，所述集油结构包括：集油包、油位控 制器和电动/电磁阀；
13.所述集油包与所述低压循环储液器相连通，且所述集油包的底部 通过所述电动/电磁阀与所述换热器的第二输入端相连通；
14.所述油位控制器用于检测所述集油包内的油位高低，并在所述油 位高于预设位置时打开所述电动/电磁阀。
15.在一种可能的实现方式中，所述集油结构还包括：允许润滑油通 过的过滤层或过滤器；
16.所述过滤层或过滤器设置在所述低压循环储液器与所述集油包 之间或所述集油包与所述电动/电磁阀之间。
17.在一种可能的实现方式中，所述换热器的第三输出端的所在位置 高于第二输出端的所在位置。
18.在一种可能的实现方式中，所述润滑油为pag型冷冻润滑油。
19.在一种可能的实现方式中，回油系统还包括：制冷系统组件；
20.所述一级分离子系统的输出端与所述低压循环储液器的输入端 相连通，包括：
21.所述一级分离子系统的输出端通过所述制冷系统组件与所述低 压循环储液器的输入端相连通。
22.在一种可能的实现方式中，所述换热器为容积型换热器，或者， 换热器60包括容积型换热器和储油罐，或者，所述换热器(60)包括 连续型换热器和分离器、储油罐。
23.在一种可能的实现方式中，所述一级分离子系统包括：油分离器 和集油器；
24.所述油分离器的输入端与所述压缩机的输出端相连通，所述油分 离器的第一输出端为所述一级分离子系统的输出端；
25.所述油分离器的第二输出端与所述集油器的第一输入端相连通， 用于向所述集油器输出经过一级分离后的润滑油；
26.所述集油器的第二输入端与所述换热器的第二输出端相连通，所 述集油器的输出端与所述压缩机的输入端相连通。
27.在一种可能的实现方式中，回油系统还包括：第一压力控制阀、 第二压力控制阀、第三压力控制阀、第四压力控制阀中的一种或多种；
28.其中，所述第一压力控制阀与所述油分离器相连，用于控制所述 油分离器的排出压力；
29.所述第二压力控制阀与所述集油器相连，用于控制所述集油器的 压力；
30.所述第三压力控制阀与所述低压循环储液器相连，用于控制所述 低压循环储液器的压力；
31.所述第四压力控制阀与所述换热器相连，用于控制所述换热器的 压力。
32.在一种可能的实现方式中，所述换热器分离后排出的润滑油经过 加压进入所述集油器，加压后的压力大于所述集油器的压力。
33.本发明实施例上述第一方面提供的方案中，用于二氧化碳跨临界 制冷系统的回油系统，对压缩机的排气进行多级分离，可以有效分离 出制冷剂和润滑油，并实现润滑油的有效循环；采用密度更大的润滑 油，且在低压循环储液器底部设置集油结构，可以在重力作用下自动 分离出更重的润滑油，之后由换热器进行再次分离，可以提高分离循 环效果。此外，换热器接入高温的一次分离后的制冷剂，可以有效利 用制冷系统本身产生的热量，能够提高能源利用率；且经过换热的一 次分离后的制冷剂可以再次进入到低压循环储液器内，经由集油结构 到达换热器后再次被分离，使得一次分离后的所有制冷剂均能够被多 次分离，从而形成高效循环的回油系统。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较 佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
36.图1示出了本发明实施例所提供的用于二氧化碳跨临界制冷系统 的回油系统的一种结构示意图；
37.图2示出了本发明实施例所提供的用于二氧化碳跨临界制冷系统 的回油系统的另一种结构示意图。
38.图标：
39.10
‑
压缩机、20
‑
油分离器、30
‑
集油器、40
‑
低压循环储液器、50
‑
集 油结构、51
‑
集油包、52
‑
电动/电磁阀、60
‑
换热器、100
‑
制冷系统组件、 21
‑
第一压力控制阀、31
‑
第二压力控制阀、41
‑
第三压力控制阀、61
‑
第 四压力控制阀。
具体实施方式
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、
ꢀ“
竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等 指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了 便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本 发明的限制。
41.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指 示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此， 限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更 多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、
ꢀ“
连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连 接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元 件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况 理解上述术语
在本发明中的具体含义。
43.本发明实施例提供的一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的回油 系统，可应用于二氧化碳跨临界制冷系统中，参见图1所示，该回油 系统包括：一级分离子系统和二级分离子系统；其中，一级分离子系 统连接压缩机10，对压缩机10输出的排气进行分离，二级分离子系 统包括低压循环储液器40、集油结构50和换热器60。
44.具体地，一级分离子系统用于对压缩机10输出的排气进行一级 分离，该排气包括二氧化碳制冷剂和密度大于二氧化碳制冷剂的密度 的润滑油。
45.一级分离子系统的输出端与低压循环储液器40的输入端相连通， 且一级分离子系统的输出端还与换热器60的第一输入端6
‑
1相连通， 一级分离子系统的输出端用于输出经过一级分离后的制冷剂。
46.集油结构50设置在低压循环储液器40的底部，并与低压循环储 液器40相连通；集油结构50的所在位置高于换热器60的所在位置， 且集油结构50的输出端与换热器60的第二输入端6
‑
2相连通。
47.换热器60的第一输出端6
‑
3与低压循环储液器40的输入端相连 通；换热器60的第二输出端6
‑
4与一级分离子系统相连通，用于输出 再次分离后的润滑油；换热器60的第三输出端6
‑
5与低压循环储液器 40的输入端相连通，用于输出再次分离后的制冷剂。其中，换热器60 的第一输入端6
‑
1与第一输出端6
‑
3内部连通，换热器60的第二输入 端6
‑
2与第二输出端6
‑
4、第三输出端6
‑
5内部连通。
48.本发明实施例中，该回油系统包括多级的分离子系统，其中，以 及分离子系统包含压缩机10；基于压缩机10的工作原理可知，压缩 机10用于对制冷剂(如二氧化碳制冷剂)进行加压压缩，输出高温高 压的制冷剂；并且，制冷剂中需要添加与制冷剂互不相溶的润滑油， 即压缩机10输出的是包括二氧化碳制冷剂和润滑油的排气。基于该 一级分离子系统可以对排气进行一级分离，从而可以分离出一级分离 后的制冷剂和润滑油。本发明实施例中，润滑油的密度大于二氧化碳 制冷剂的密度；其中，该密度为同一形态时的密度，如均为液态时的 密度，使得润滑油与制冷剂处于同一形态时，润滑油会位于制冷剂的 下方。可选地，该润滑油为pag(polyalkylene glycol)，聚烷撑乙二 醇)型冷冻润滑油。
49.本发明实施例中，一级分离子系统设有输出端，该输出端用于输 出经过一级分离后的制冷剂，该一级分离后的制冷剂可以用于后续的 制冷流程。参见图1所示，该一级分离子系统可以包括油分离器20和 集油器30。其中，油分离器20的输入端2
‑
1与压缩机10的输出端相 连通，油分离器20的第一输出端2
‑
3为一级分离子系统的输出端；油 分离器20的第二输出端2
‑
4与集油器30的第一输入端3
‑
1相连通， 用于向集油器30输出经过一级分离后的润滑油；集油器30的第二输 入端3
‑
2与换热器60的第二输出端6
‑
4相连通，集油器30的输出端 3
‑
3与压缩机10的输入端相连通。即，由油分离器20对该排气进行 一级分离处理，且一级分离后的制冷剂可以通过第一输出端2
‑
3输送 至制冷流程等，一级分离后的润滑油经第二输出端2
‑
4输送到集油器 30，之后再送到压缩机10实现润滑油的循环。
50.本发明实施例中，一级分离后的制冷剂主要包含制冷剂(即二氧 化碳制冷剂)，但其中仍然还残留有润滑油，故需要对一级分离后的制 冷剂进行再次分离。具体地，一级分离子系统的输出端与低压循环储 液器40的输入端相连通，且低压循环储液器40的底部设有集油结构 50；由于润滑油的密度大于二氧化碳制冷剂的密度，且低压循环储液 器40内
的润滑油和制冷剂为同一形态(一般为液态)，使得位于下层 的润滑油可以流入至集油结构50内，而位于上层的制冷剂则保留在 低压循环储液器40内，或者经过其他管路(图1中，低压循环储液器 40向右的支路表示该管路，但并未示出完整的管路)传输至压缩机10 进行循环制冷；其中，虽然低压循环储液器40内也存在部分气态的制 冷剂，但其位于低压循环储液器40的上方，也不会进入到集油结构 50。同时，由于集油结构50的所在位置高于换热器60的所在位置， 故集油结构50内的润滑油可以在重力的作用下传输至换热器60内， 具体传输至换热器60的第二输入端6
‑
2。
51.本发明实施例中，一级分离后的制冷剂具有高温的特点，其还传 输至换热器60的第一输入端6
‑
1，且该第一输入端6
‑
1与换热器的第 一输出端6
‑
3连通，使得一级分离后的制冷剂经过该换热器60后到达 与第一输出端6
‑
3连通的低压循环储液器40。其中，换热器60的第 一输出端6
‑
3可以经过一个节流装置进行降温降压，将压力降至与低 压循环储液器40内压力为同一水平，之后再进入到低压循环储液器 40。
52.可选地，如图1所示，该回油系统还包括：制冷系统组件100； 一级分离子系统的输出端通过制冷系统组件100与低压循环储液器40 的输入端相连通。本实施例中，该制冷系统组件100为制冷系统中用 于实现制冷功能的组件，一级分离后的制冷剂先输入至该制冷系统组 件100，可以实现制冷系统的制冷需求，并且会降低制冷剂的温度， 即由集油结构50传输至换热器60内的润滑油(其中仍然可能残留一 部分制冷剂)的温度低于一级分离后的制冷剂的温度，使得在换热器 60内后者可以对前者加热，使得前者，即集油结构50输入的润滑油， 能够被加热，使得该润滑油中的制冷剂气化，气化后的二氧化碳气体 可以再次经过换热器的第三输出端6
‑
5输入至低压循环储液器40内。
53.本发明实施例中，该回油系统的工作过程具体如下：压缩机10对 排气进行压缩，生成高温高压的排气，经油分离器20输入端2
‑
1送至 油分离器20；油分离器20进行一级分离，一级分离出的润滑油经第 二输出端2
‑
4输送到集油器30内，而一级分离出的制冷剂分为两路， 一路经制冷系统组件100送至低压循环储液器40，另一路输送到换热 器60的第一输入端6
‑
1。在低压循环储液器40内，密度更大的润滑 油在重力的作用下流入集油结构50内，制冷剂更多的保留在低压循 环储液器40内，实现对一级分离出的制冷剂的再次分离，并将分离出 的润滑油输送到换热器的第二输入端6
‑
2内。在换热器60内，在高温 的制冷剂(即依次分离后的制冷剂)可以对集油结构50输送的润滑油 进行加热，实现对该润滑油的再次分离，且再次分离后的润滑油通过 第二输出端6
‑
4输入至一级分离子系统的集油器30内，再次分离后的 制冷剂通过第三输出端6
‑
5输入至低压循环储液器内。集油器30内的 润滑油最后输入至压缩机10内，实现对润滑油的分离和循环。可选 地，换热器60的第三输出端6
‑
5的所在位置高于第二输出端6
‑
4的所 在位置，使得气态的制冷剂可以由第三输出端6
‑
5传输至低压循环储 液器40内，液态的润滑油能够由第二输出端6
‑
4传输至集油器30内。
54.需要说明的是，本实施例中，用于接入不同端口的“输入端”可 以是不同的输入端，在作用相同或相似的情况下也可以为相同的输入 端，例如制冷系统组件100会接入低压循环储液器40的一个输入端， 换热器60的第三输出端6
‑
5也会接入低压循环储液器40的一个输入 端，这两个输入端可以是同一个输入端，也可以是不同的输入端，本 实施例对此不做限定。此外，“第一输入端”、“第二输入端”等主要用 于方便描述，若第一输入端与第二输入端作用不同，则为两个不同的 输入端，若二者的作用相同或相似，也可以为同一个输
入端，具体可 基于实际情况而定。同理，“输出端”与“输入端”相似，此处不做赘 述。
55.本发明实施例提供的一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的回油 系统，对压缩机10的排气进行多级分离，可以有效分离出制冷剂和润 滑油，并实现润滑油的有效循环；采用密度更大的润滑油，且在低压 循环储液器40底部设置集油结构50，可以在重力作用下自动分离出 更重的润滑油，之后由换热器60进行再次分离，可以提高分离循环效 果。此外，换热器60接入高温的一次分离后的制冷剂，可以有效利用 制冷系统本身产生的热量，能够提高能源利用率；且经过换热的一次 分离后的制冷剂可以再次进入到低压循环储液器40内，经由集油结 构50到达换热器60后再次被分离，使得一次分离后的所有制冷剂均 能够被多次分离，从而形成高效循环的回油系统。
56.在上述实施例的基础上，参见图2所示，该集油结构50包括：集 油包51、油位控制器和电动/电磁阀52。其中，集油包51与低压循环 储液器40相连通，且集油包51的底部通过电动/电磁阀52与换热器 60的第二输入端6
‑
2相连通；油位控制器用于检测集油包51内的油 位高低，并在油位高于预设位置时打开电动/电磁阀52。
57.本发明实施例中，低压循环储液器40内较重的润滑油可以流入 到集油结构的集油包51内；本实施例中，该集油包51可以为柱状的 容器，能够容纳一定量的润滑油。并且，集油包51内设有油位控制器， 该油位控制器可以检测集油包51内的油位高低，若油位高于某个预 设位置，则说明集油包51内已经存有足够的润滑油，此时即可打开集 油包51与换热器60之间的电动/电磁阀52，使得集油包51内的润滑 油可以流入至换热器60内，以被再次分离。
58.可选地，该集油结构50还包括：允许润滑油通过的过滤层或过滤 器；该过滤层或过滤器可以设置在低压循环储液器40与集油包51之 间。本发明实施例中，为避免杂质流入到集油包51内，在集油包51 与低压循环储液器40之间设置过滤层或过滤器，润滑油能够通过该 过滤层或过滤器，而杂质不能通过过滤层或过滤器。其中，该过滤层 或过滤器可以为被动式的过滤材料层，也可以为能够主动开关的结构， 在低压循环储液器40内具有一定量的制冷剂之后，由于其下层为润 滑油，此时打开该过滤层或过滤器，流入到集油包51内的主要是润滑 油，起到过滤作用，以避免杂质流入至集油包51内。或者，该过滤层 或过滤器也可以设置在集油包51与电动/电磁阀52之间，由该过滤层 或过滤器防止集油包51内的杂质输送到换热器60处。
59.可选地，该换热器60可以为容积型换热器，或者，换热器60包 括容积型换热器和储油罐，或者，换热器60包括连续型换热器和分离 器、储油罐。本发明实施例中，换热器60可以是容积型，即一罐换完 放掉再换另一罐；也可以是连续型的，即不断运行换热，具体可基于 实际情况而定。
60.在上述实施例的基础上，参见图2所示，该回油系统还包括：第 一压力控制阀21、第二压力控制阀31、第三压力控制阀41、第四压 力控制阀61中的一种或多种。
61.其中，第一压力控制阀21与油分离器20相连，用于控制油分离 器20的排出压力；第二压力控制阀31与集油器30相连，用于控制 集油器30的压力；第三压力控制阀41与低压循环储液器40相连， 用于控制低压循环储液器40的压力；第四压力控制阀61与换热器60 相连，用于控制换热器60的压力。
62.本发明实施例中，可以为油分离器20、集油器30、低压循环储液 器40、换热器60等
部件设置相应的压力控制阀，即第一压力控制阀 21、第二压力控制阀31、第三压力控制阀41、第四压力控制阀61， 从而控制相应部件内的压力。可选地，换热器60分离后排出的润滑油 经过加压进入集油器30，且加压后的压力大于集油器30的压力。本 发明实施例中，换热器60和集油器30均可处于中压的环境，以能够 实现循环；并且，换热器60分离后排出的润滑油(6
‑
4)可以进入到 加压装置进行加压，经加压后再进入到集油器30中，其中，润滑油加 压后的压力大于集油器30的压力，使得换热器60内的润滑油可以在 压差的作用下，从换热器60的第二输出端6
‑
4流入至集油器30的第 二输入端3
‑
2，进而流入至集油器30内。本实施例中，“中压”、“低 压”等为相对概念，即中压的压力大于低压的压力。
63.本发明实施例提供的一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的回油 系统，对压缩机10的排气进行多级分离，可以有效分离出制冷剂和润 滑油，并实现润滑油的有效循环；采用密度更大的润滑油，且在低压 循环储液器40底部设置集油结构50，可以在重力作用下自动分离出 更重的润滑油，之后由换热器60进行再次分离，可以提高分离循环效 果。此外，换热器60接入高温的一次分离后的制冷剂，可以有效利用 制冷系统本身产生的热量，能够提高能源利用率；且经过换热的一次 分离后的制冷剂可以再次进入到低压循环储液器40内，经由集油结 构50到达换热器60后再次被分离，使得一次分离后的所有制冷剂均 能够被多次分离，从而形成高效循环的回油系统。集油包51可以比较 纯净地收集润滑油，能够避免制冷剂进入集油包51，可以自动实现分 离。
64.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到变化或替换的实施方式，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为 准。