技术领域
[0001] 本
发明涉及
热处理设备领域，尤其涉及一种制冷及热泵设备，该制冷及热泵设备利用
压缩机的
润滑油作为热源。
背景技术
[0002] 在各种机械设备中，压缩机是一个重要的部件，压缩机在运行过程中需要使用润滑油来进行润滑。由于压缩机的
工作温度较高，润滑油在压缩机中也会被加温到较高的温度。而润滑油是有一定的工作温度范围的，过低的润滑油温度或者过高的润滑油温度都会导致润滑油的性能下降并引发润滑油变质。尤其是当润滑油的温度上升到110-120°C时，润滑油会失去其特性
粘度，造成压缩机的性能下降甚至引起压缩机故障。为了使得润滑油能够运行在合适的温度范围内，通常会为压缩机的润滑油系统配备冷却系统。
[0003]
现有技术中使用的润滑油冷却系统包括
风冷换热器和
水冷换热器。如果采用风冷换热器，那么风冷系统是强制风冷换热器。考虑到室外的工作环境，风冷换热器的
能量和风扇功率均不能调节，这些因素都造成了强制风冷换热器的工作状态不稳定以及效率差。如果采用水冷换热器。那么需要一套水路系统，传统的水路系统是一个封闭水系统，该水系统在压缩机停止运行时需要防冻结保护。由于水路系统的
温度控制较为复杂，造成使用水冷换热器实现成本较高，控制难度较大。
发明内容
[0004] 本发明旨在提出一种制冷及热泵设备。该制冷及热泵设备以压缩机中的润滑油作为热源，在控制润滑油温度的同时实现水加热或者水冷却的功能。
[0005] 根据本发明的一
实施例，提出一种制冷及热泵设备，包括压缩机、热回收回路和
制冷回路。压缩机使用润滑油。热回收回路接收来自压缩机的高温润滑油，对润滑油进行冷却并在冷却过程中回收热量，热回收回路包括换热器，经热回收回路冷却的润滑油返回压缩机。制冷回路被选择性地开启或者关闭，制冷回路在开启时使用经
过热回收回路冷却的润滑油进行制冷，制冷过程中润滑油的温度升高，制冷回路使用后的润滑油返回压缩机，所述制冷回路包括换热器。
[0006] 在一个实施例中，热回收回路和制冷回路是非对称双回路。
[0007] 在一个实施例中，热回收回路中的换热器和制冷回路中的换热器是壳
管式换热器。
[0008] 在一个实施例中，热回收回路包括第一
热交换器，第一热交换器是
壳管式换热器，第一热交换器的管程通路连接到压缩机的润滑油系统，管程通路的管程入口连接到压缩机的润滑油出口，润滑油作为第一热交换器的管程
流体，第一热交换器的壳程通路连接到水加热系统，壳程通路的壳程入口连接到水加热系统的水出口，水作为第一热交换器的壳程流体，润滑油出口流出的高温润滑油与水出口流出的低温水热交换，形成低温润滑油和高温水，管程通路的管程出口连接到压缩机的润滑油入口，低温润滑油流入润滑油入口，壳程通路的壳程出口连接到水加热系统的水入口，高温水流入水入口。第一热交换器的管程通路具有两个管程入口和两个管程出口，在第一热交换器的第一端和第二端分别具有一个管程入口和一个管程出口，在第一热交换器的第一端的管程入口连接到压缩机的润滑油出口，第一端的管程出口通过节流
阀连接到压缩机的润滑油入口，第二端的管程入口连接到压缩机的润滑油出口，第二端的管程出口通过换向阀连接到第二热交换器的管程入口。第一热交换器的壳程通路具有两个壳程入口和一个壳程出口，两个壳程入口分别位于第一热交换器的两端，一个壳程出口位于第一热交换器的中部。
[0009] 在一个实施例中，制冷回路包括第二热交换器，第二热交换器是壳管式换热器，第二热交换器的管程通路通过换向阀与第一热交换器的管程通路连通，第二热交换器的管程入口通过换向阀连接到第一热交换器的管程出口，第二热交换器的管程出口连接到压缩机的润滑油入口，换向阀打开，低温润滑油的一部分进入第二热交换器的管程通路作为第二热交换器的管程流体，第二热交换器的壳程通路连接到水冷却系统，壳程通路的壳程入口连接到水冷却系统中的水出口，壳程出口连接到水冷却系统的水入口，水作为第二热交换器的壳程流体，低温润滑油与水出口流出的高温水热交换，形成高温润滑油和低温水，高温润滑油由管程出口流出第二热交换器进入压缩机的润滑油入口，低温水由壳程出口流出第二热交换器进入水冷却系统的水入口，换向阀关闭，第二热交换器不工作，第一热交换器流出的低温润滑油全部流入压缩机。第二热交换器的管程通路具有一个管程入口和一个管程出口，管程出口位于第二热交换器的第一端，管程入口位于第二热交换器的第二端。第二热交换器的壳程通路具有两个壳程入口和一个壳程出口，两个壳程入口分别位于第二热交换器的两端，一个壳程出口位于第二热交换器的中部。
[0010] 在一个实施例中，该制冷及热泵设备还包括
控制器，控制器连接到压缩机、热回收回路和制冷回路，控制器控制润滑油在热回收回路和制冷回路中的路径，对制冷回路进行开启或者关闭。
[0011] 本发明的制冷及热泵设备与压缩机的润滑油系统相连通，制冷及热泵系统利用与外界连通的水作为润滑油系统的温度调节媒介，使得润滑油的温度能够被控制在合适的工作温度范围。同时，在与润滑油的热交换的过程中，实现
对流入的水的加热或者冷却处理，回收
热能进行制热或者制冷。由于本发明使用外界的水，因此不需要独立的防冻设备。
附图说明
[0012] 图1揭示了根据本发明的一实施例的制冷及热泵设备的原理示意图。
[0013] 图2揭示了根据本发明的一实施例的制冷及热泵设备的结构图。
具体实施方式
[0014] 图1揭示了根据本发明的一实施例的制冷及热泵设备的原理示意图。如图1所示，该制冷及热泵设备100包括压缩机102、热回收回路104和制冷回路106。压缩机102使用润滑油。热回收回路104接收来自压缩机102的高温润滑油，对润滑油进行冷却并在冷却过程中回收热量，热回收回路104包括换热器141。在一个实施例中，热回收回路104中的换热器141是壳管式换热器。经热回收回路冷却的润滑油返回到压缩机102中继续使用。制冷回路106被选择性地开启或者关闭。在制冷回路106开启时，制冷回路106使用经过热回收回路104冷却的润滑油进行制冷，制冷过程中润滑油的温度升高，制冷回路106使用后的润滑油返回压缩机102，制冷回路106包括换热器161。在一个实施例中，制冷回路106中的换热器161也是壳管式换热器。
[0015] 在一个实施例中，热回收回路104和制冷回路106采用非对称双回路设计。热回收回路104中的换热器141和制冷回路106中的换热器161都采用壳管式换热器。壳管式换热器由壳体、传
热管束、
管板、折流板（
挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有
管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的
传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体
湍流程度。换热管在管板上可按等边三
角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列管壳式换热器则管外清洗方便，适用于易
结垢的流体。流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。
[0016] 图2揭示了根据本发明的一实施例的制冷及热泵设备的结构图。图2揭示了根据本发明的制冷及热泵设备的一个具体的实现结构。在图2所示的结构中，该制冷及热泵设备利用了热泵技术的设计。热泵技术是近年来倍受关注的新
能源技术。人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备，比如水泵主要是将水从低位抽到高位。而“热泵”是一种能从自然界的空气、水或
土壤中获取低品位热能，经过电
力做功，提供可被人们所用的高品位热能的装置。本发明利用了热泵技术的思想，将润滑油冷却或者加温过程中的热量流动加以收集，收集的热量用于对水的加温或者冷却，并提供相应的热水或者冷水。本发明的制冷及热泵设备中使用的水是来自外部的开放式的水，不是像传统技术中那样使用封闭的水系统。使用开放式的水的优势在于由于与外部的水网系统连接，可以利用相对庞大的外部水网来确保水不会被
冰冻，因此可以省去现有技术中的防冻结保护的设备。并且外部水网中的水温相对可以保持恒定（或者在一个较小的范围中
波动），也使得传统技术中需要对水温加以控制的过程被省略。
[0017] 如图2所示，该制冷及热泵设备200包括压缩机202、包括第一热交换器203的热回收回路和包括第二热交换器216的制冷回路。
[0018] 压缩机202使用润滑油并且具有润滑油系统。
[0019] 热回收回路对润滑油进行冷却和回收热量的工作由第一热交换器203实现，第一热交换器203是壳管式换热器。第一热交换器203的管程通路连接到压缩机202的润滑油系统，管程通路的管程入口连接到压缩机的润滑油出口，润滑油作为第一热交换器203的管程流体，第一热交换器203的壳程通路连接到水加热系统，壳程通路的壳程入口连接到水加热系统的水出口，水作为第一热交换器的壳程流体。润滑油出口流出的高温润滑油与水出口流出的低温水热交换，形成低温润滑油和高温水，管程通路的管程出口连接到压缩机的润滑油入口，低温润滑油流入润滑油入口，壳程通路的壳程出口连接到水加热系统的水入口，高温水流入水入口。
[0020] 参考图2所示，在图2所示的实施例中，第一热交换器203的管程通路具有两个管程入口和两个管程出口。在第一热交换器203的第一端210和第二端211分别具有一个管程入口206a和一个管程出口206b。在第一热交换器203的第一端210的管程入口连接到压缩机202的润滑油出口202a，第一端210的管程出口206b通过
节流阀218连接到压缩机202的润滑油入口202b。第二端211的管程入口206a连接到压缩机的润滑油出口202a，第二端211的管程出口206b通过换向阀219连接到第二热交换器216的管程入口。第一热交换器203的壳程通路具有两个壳程入口和一个壳程出口。两个壳程入口分别位于第一热交换器203的两端，第一壳程入口212位于第一热交换器203的第一端210一侧，第二壳程入口213位于第一热交换器203的第二端211一侧。壳程出口214位于第一热交换器203的中部。
[0021] 第一热交换器203中的流体流动方向和热交换的过程如下：润滑油是管程流体。由压缩机中流出的高温润滑油分别由位于第一热交换器203的两端的管程入口206a进入到第一热交换器203的管程中。来自外部水网的水是壳程流体。来自水网的低温水（相对于高温润滑油而言，水是低温的）分别由第一壳程入口212和第二壳程入口213进入到第一热交换器203的壳程中。高温润滑油和低温水进行热交换，润滑油被冷却而水被加温。冷却后的低温润滑油分别由位于第一热交换器203的两端的管程出口206b流出。位于第一端210的管程出口206b通过一个节流阀218连接到压缩机的润滑油入口，由第一端210一侧的管程出口206b流出的低温润滑油（经冷却后的润滑油）可以直接进入到压缩机中使用。
由第二端211一侧的管程出口206b流出的低温润滑油有两个路径：如图2所示，一个路径是通过换向阀219连接到第二热交换器216的管程，另一个路径是通过换向阀219连接到压缩机202的润滑油入口。在换向阀219切换至第二热交换器216的路径时，低温的润滑油可被用于另一个水冷却的流程。在换向阀219切换至与压缩机202相连时，低温润滑油直接返回到压缩机中使用。节流阀218的作用是调节两个管程出口206b的润滑油流量。节流阀218开启较大时，冷却后的低温润滑油主要返回压缩机。在节流阀218开启较小时，冷却后的低温润滑油主要由第二端211处的管程出口流出，然后根据换向阀219的方向选择流动路径。被加热后的高温水由壳程出口214流出，进入外部水网管道。
[0022] 制冷回路的制冷功能由第二热交换器216实现。第二热交换器216也是壳管式换热器，第二热交换器216的管程通路通过换向阀219与第一热交换器203的管程通路连通，第二热交换器的管程入口通过换向阀连接到第一热交换器的管程出口，第二热交换器的管程出口连接到压缩机的润滑油入口，换向阀219打开，低温润滑油的一部分进入第二热交换器的管程通路作为第二热交换器的管程流体，第二热交换器的壳程通路连接到水冷却系统，壳程通路的壳程入口连接到水冷却系统中的水出口，壳程出口连接到水冷却系统的水入口，水作为第二热交换器的壳程流体，低温润滑油与水出口流出的高温水热交换，形成高温润滑油和低温水，高温润滑油由管程出口流出第二热交换器进入压缩机的润滑油入口，低温水由壳程出口流出第二热交换器进入水冷却系统的水入口，换向阀关闭，第二热交换器不工作，第一热交换器流出的低温润滑油全部流入压缩机。
[0023] 在图2所示的实施例中，第二热交换器216的管程通路具有一个管程入口207a和一个管程出口207b，管程出口207b位于第二热交换器216的第一端227，管程入口207a位于第二热交换器216的第二端228。第二热交换器216的壳程通路具有两个壳程入口和一个壳程出口。两个壳程入口分别位于第二热交换器216的两端，第三壳程入口220位于第二热交换器216的第一端227一侧，第四壳程入口221位于第二热交换器216的第二端228一侧。第二热交换器的壳程出口222位于第二热交换器216的中部。
[0024] 第二热交换器216是否处于工作状态由换向阀219的路径流向确定。在换向阀219将路径流向切换至直接流向压缩机时第二热交换器216不工作。在换向阀将路径流向切换至流向第二热交换器216时第二热交换器216中的流体流动方向和热交换的过程如下：润滑油是管程流体。由第一热交换器203中流出的低温润滑油从位于第二热交换器216的第二端228处的管程入口207a进入到第二热交换器216的管程中。来自外部水网的水是壳程流体。来自水网的高温水（比冷却后的润滑油温度高，需要进行降温的水）分别由第三壳程入口220和第四壳程入口221进入到第二热交换器216的壳程中。低温润滑油和高温水进行热交换，润滑油被加温而水被冷却。加温后的润滑油由位于第二热交换器216的第一端的管程出口207b流出。加温后的润滑油返回到压缩机中，由于从第二热交换器216中流出的润滑油的温度较高，为了控制返回到压缩机中的润滑油的温度，需要对节流阀218和换向阀219进行控制，调节分别从第一热交换器203和第二热交换器216中返回的润滑油的比例，使得混合后的润滑油的温度能够在润滑油合适的温度范围内。在必要时，可以切换换向阀219的路径流向，不再对润滑油进行加热以降低返回压缩机的润滑油的温度。被冷却后的低温水由壳程出口222流出，进入外部水网管道。
[0025] 在图2所示的实施例中，该制冷及热泵设备200还包括控制器215，控制器215连接到压缩机202、第一热交换器203以及其中的各个管道和阀、第二热交换器216以及其中的各个管道和阀、节流阀218和
控制阀219。控制器215检测如下的数据：压缩机202的润滑油出口的润滑油温度、润滑油入口的润滑油温度。根据压缩机202的润滑油进出口的温度是否落在润滑油的合适工作温度范围内，来控制第一热交换器203、第二热交换器216、节流阀218和换向阀219，调节润滑油的流向和流量分配，以确保返回到压缩机的润滑油的温度是合适的，使得压缩机中润滑油始终处于合适的工作温度范围内。
[0026] 本发明的制冷及热泵设备与压缩机的润滑油系统相连通，制冷及热泵系统利用与外界连通的水作为润滑油系统的温度调节媒介，使得润滑油的温度能够被控制在合适的工作温度范围。同时，在与润滑油的热交换的过程中，实现对流入的水的加热或者冷却处理，回收热能进行制热或者制冷。由于本发明使用外界的水，因此不需要独立的防冻设备。
