具体实施方式

以下详细说明描述了如应用于多压缩机制冷系统中的本发明的实施例。然而，本领域普通技术人员将认识到，本发明不必限于制冷系统。本发明的实施例还可以用于其中使用多个压缩机来供应压缩气体流的其他系统中。还应该注意的是，为了方便起见，本发明的某些实施例可以在下文中参照其在具有用于压缩制冷剂的多个涡旋压缩机的系统中的应用来描述。尽管显示了涡旋压缩机的特定优点和配置，但申请人认为本发明的范围不必限于涡旋压缩机，而是可以用在使用除了涡旋压缩机以外的压缩机类型的各种多压缩机系统中。

在本申请的上下文中，词语“上游”和“下游”用于指与压缩机之间的油流动有关的各个压缩机。例如，在下文所述的制冷系统的实施例中，前导压缩机接收循环制冷剂中的大部分油。因此，在所呈现的实施例中，前导压缩机是压缩机中最上游的压缩机。油从前导压缩机向下游流动到最近的或相邻的非前导压缩机。如果系统具有第三压缩机，则油从最靠近前导压缩机的上述非前导压缩机向下游流动到下一个非前导压缩机。

在其中油在压缩机之间分配的多压缩机系统中，系统可依靠压缩机之间的压差来移动油，例如将油从前导压缩机移动到一个或多个非前导压缩机。在某些系统配置中，压差为压缩机之间的油的移动提供驱动力。有多种因素可能会影响给定压缩机中的压力。例如，将油供应到压缩机的入口管道的尺寸会影响压力。另外，如下面将要解释的那样，压力也会受到压缩机的泵送容量的影响。

图1提供具有多个(N个)压缩机6的示例性多压缩机制冷系统1的示意图。制冷系统1的N个压缩机6以并联回路连接，其具有将制冷剂流供应到N个压缩机6的入口流动管线3和将压缩的制冷剂从N个压缩机6运走的出口流动管线5。在某些实施例中，制冷剂流携载夹带在流内的油，该油用于润滑压缩机6的运动部件。如图所示，出口流动管线5供应冷凝器7。在具体实施例中，冷凝器7包括流体流动热交换器9(例如空气或液体冷却剂)，其提供跨过冷凝器7的流动以冷却并由此冷凝压缩的高压制冷剂。

用于提供冷却的蒸发单元11也布置成在冷凝器7的下游流体串联。在替代实施例中，冷凝器7可以供给并联布置的多个蒸发单元。在图1的实施例中，蒸发单元11包括关断液体阀13，在一些实施例中，该关断液体阀13由制冷系统控制器15控制，以允许蒸发单元11的操作以便当由制冷系统上的需求负载所需时产生冷却，或者当不存在这种需求时不进行蒸发单元11的操作。如图1中所示，制冷系统控制器15也可以直接连接到N个压缩机6中的每一个。制冷系统控制器15可配置成独立地控制N个压缩机6中的每一个。具体地，制冷系统控制器15可以配置成打开或关闭压缩机6，或在运行期间独立控制每个压缩机6的速度。

蒸发单元11还包括膨胀阀17，该膨胀阀17可响应于蒸发单元11的下游压力或部分地由蒸发单元11的下游压力控制，该下游压力在位置19处被感测。膨胀阀17配置成控制制冷剂到蒸发单元11中的排放，其中由于蒸发，吸收热量以使制冷剂蒸发成气态，由此在蒸发单元11处产生冷却/制冷效应。蒸发单元11使膨胀的制冷剂沿入口流动管线3以气态返回到N个压缩机6的组。

图2示出制冷系统100的一个替代实施例，其中压缩机速度由制冷系统控制器15以如此的方式控制以使得从一个压缩机到下一个压缩机产生顺序减小的压力，以有助于将油从具有相对较高油底壳压力的压缩机分配到具有相对较低油底壳压力的那些压缩机。图2是包括与非前导压缩机104串联连接的前导压缩机102的制冷系统100的示意图。在该实施例中，两个压缩机102、104具有相同的泵送容量。为了简单起见，图2仅示出了两个压缩机，然而，应该理解的是，本发明的范围考虑到根据图2中所示的一般系统布置而使用多于两个的压缩机。

制冷剂气体经由公共供应管线108供应到两个压缩机102、104。夹带于制冷剂气体中的油也返回到两个压缩机102、104。第一入口供应管线110将制冷剂和油运送到前导压缩机102，而第二入口供应管线112将制冷剂和油运送到非前导压缩机104。在图2的实施例中，第一入口供应管线110和第二入口供应管线112在公共供应管线108的重力底部处与公共供应管线108相交，其中公共供应管线108水平延伸。在替代实施例中，入口供应管线可以在重力底部以外的位置处与公共供应管线108相交。

油经由油流管道116从前导压缩机102分配至非前导压缩机104。油流管道116附接至两个压缩机102、104中的每一个的下部部分，例如附接至靠近每个压缩机102、104的油底壳附接到压缩机壳体的装配件。在本文公开的一些实施例中，系统设计成与任何非前导压缩机相比将更多的油返回到前导压缩机102。

在图2的实施例中，前导压缩机102的第一入口供应管线110尺寸大于非前导压缩机104的第二入口供应管线112。在这种情况下，第一入口供应管线110的较大尺寸允许与非前导制压缩机104相比使得较大压力的制冷剂气体和油进入前导压缩机102。相继较细的输入供应管线可以附接到位于前导压缩机102下游的非前导压缩机。这些较小的输入供应管线导致每个相继压缩机中的压力下降。其他管道装置可用于对各个压缩机中的压力实现相似的效果。例如，系统100可具有多个压缩机，其具有相同尺寸的入口供应管线，其中流入入口供应管线的流量受到置于入口供应管线内部的限流器的限制。限流越大，相应压缩机中的压力就越低。将如下所示，通过使入口供应管线突出到公共供应管线108的内部中，也可以限制流入到入口供应管线中的流量。

如上所述，两个压缩机102、104中的压力也受到压缩机的泵送容量的影响。因此，在本发明的具体实施例中，制冷系统控制器15(图1中示出)控制压缩机速度以维持用于控制油从前导压缩机102流动到非前导压缩机104所需的压力。增加非前导压缩机104的速度使其压降增加，从而降低该压缩机中的压力并增加其从前导压缩机102接收的油量。备选地，降低前导压缩机102的速度使其压降减少，从而升高该压缩机中的压力并增加其供应给非前导压缩机104的油量。

当与供应管线布置(诸如图2中所示的入口供应管线布置)结合使用时，对于前述的压缩机速度控制具有一些额外的灵活性，以维持期望的压差以有助于油从前导压缩机102流动。例如，通过图2的入口供应管线布置，有可能以与非前导压缩机104相比相同的速度或甚至更高的速度来操作前导压缩机102，同时维持期望的压差。

图3示出制冷系统200的一个替代实施例，其中压缩机速度受到控制以使得从一个压缩机到下一个压缩机产生顺序减小的压力，以便有助于将油从具有相对较高油底壳压力的压缩机分配到具有相对较低油底壳压力的那些压缩机。制冷系统200具有与非前导压缩机204串联联接的前导压缩机202。公共供应管线208经由第一入口供应管线206将制冷剂气体和油提供给前导压缩机202，并且经由第二入口供应管线209将制冷剂气体和油提供给非前导压缩机204。油经由油流管道210从前导压缩机202分配至非前导压缩机204。油流管道210附接至两个压缩机202、204中的每一个的下部部分，例如附接到邻近于每个压缩机202、204的油底壳附接至压缩机壳体的装配件。

在图3的实施例中，第一入口供应管线206、209具有相同的尺寸。然而，第二入口供应管线209具有突出到公共供应管线208的内部部分中的可选部分211(以虚线示出)。该突出部分211定向成垂直于制冷剂和油的流动，从而减少两者流入到非前导压缩机204内的流量，从而降低该压缩机中的压力。非前导压缩机204的较大容量和较低的油底壳压力有助于油从前导压缩机通过油分配管线210流动到非前导压缩机204，该油分配管线210连接到前导压缩机202和非前导压缩机202的较低部分。备选地，代替可选的突出部分211，可以在第二入口供应管线209的内部部分中使用可选的限流器213，以有效地减小第二入口供应管线209的内径，从而减少制冷剂和油流入到非前导压缩机204中的流量，这导致该压缩机中的较低压力。

然而，在具有或不具有第二入口供应管线209的限流器213或突出部分211的情况下，可以通过调节两个压缩机202、204的速度或泵送容量来控制油从前导压缩机202到非前导压缩机204的流动。在图3的配置中，非前导压缩机204示出为比前导压缩机202大，表明其与前导压缩机202相比具有更大的泵送容量。例如，如果两个压缩机202、204是涡旋压缩机，则非前导压缩机204可以具有较大的涡旋压缩机本体，即设计成与前导压缩机202的压缩机本体相比在给定的时间段内压缩更多的制冷剂。非前导压缩机204还可以与前导压缩机202相比具有更大的驱动单元和更大的压缩机壳体。因此，在所有情况都相同时，较大容量的非前导压缩机204通常与前导压缩机202相比具有更低的油底壳压力。因此，与前导压缩机202相比，非前导压缩机204可以相同的速度或者以甚至更低的速度运行，同时仍维持足以将油从前导压缩机202驱动到非前导压缩机204的压差。使用第二入口供应管线209的部分211允许在控制两个压缩机202、204的速度方面具有甚至更高的灵活性，同时仍维持足以将油从前导压缩机202分配到非前导压缩机204的压差。

图4是示出根据本发明实施例的多压缩机制冷系统300的示意图。制冷系统300包括与第一非前导压缩机304串联连接的前导压缩机302，该第一非前导压缩机304进而串联连接到第二非前导压缩机306。在图4中所示的布置中，如在上述实施例中那样，串联连接表明，不管系统中压缩机的数量如何，油只能从上游压缩机流动到直接下游的下一个压缩机。

在图4的实施例中，其中多压缩机系统300包括第一非前导压缩机304下游的第二非前导压缩机306，与第二非前导压缩机306相比具有更高压力的第一非前导压缩机304通过第二油流管道320将油向下游分配到第二非前导压缩机306。第一非前导压缩机304经由第一油流管道318从前导压缩机302接收油。可以重复该过程，无论有多少个压缩机构成多压缩机系统300，其中压缩机之间的级联压差允许油从前导压缩机302向下游流动到非前导压缩机。因此，多个串联连接的压缩机将油从最上游的压缩机顺序地向下游分配到具有逐渐降低的油底壳压力的压缩机。虽然这种设计确实需要相邻的压缩机运行，但下面将示出有多种不同的方式来实现这种级联效应。

制冷系统300还包括吸入头部布置305，该吸入头部布置包括公共供应管线308、将前导压缩机302联接到公共供应管线308的第一入口供应管线312、将第一非前导压缩机304联接到公共供应管线308的第二入口供应管线314，以及将第二非前导压缩机306联接到公共供应管线308的第三入口供应管线316。

在所示实施例中，前导入口供应管线312、第一入口供应管线314和第二入口供应管线316在公共供应管线308的重力底部处与公共供应管线308相交，其中公共供应管线308水平延伸。多个吸入头部布置305可以用于帮助实现上述的级联压力。第二入口供应管线314和第三入口供应管线316的可选的第一突出部分315和第二突出部分317(以虚线示出)分别限制制冷剂和油流入到那些入口供应管线314、316。备选地，可选的第二入口供应管线314和第三入口供应管线316的第一限流器319和第二限流器321(以虚线示出)分别限制制冷剂和油流入到那些入口供应管线314、316。如从图4可以看出的那样，第二突出部分317比第一突出部分315更远地突出到公共供应管线308内。结果，第二非前导压缩机306与第一非前导压缩机304相比具有更低的油底壳压力，第一非前导压缩机304与前导压缩机302相比具有更低的油底壳压力。类似地，可以看出，第二限流器321与第一限流器319相比对流量限制更多，这在流动到三个压缩机302、304、306的制冷剂和油流量方面与第一突出部分315和第二突出部分317相比实现相同的结果。

因此，在图4的实施例中，虽然全部三个压缩机302、304、306从公共供应管线308接收其中夹带有油的制冷剂气体流，但公共供应管线308经由第一入口供应管线312将更多的润滑油递送至前导压缩机302。然而，在具有或不具有可选的第一限流器319和第二限流器321或可选的第一突出部分315和第二突出部分317的情况下，从前导压缩机302到第一非前导压缩机304的油的流动以及从第一非前导压缩机到第二非前导压缩机306的油的流动可以通过调节三个压缩机302、304、306的速度或泵送容量来控制。

如上所解释的那样，制冷系统控制器15(图1中所示)可与前导压缩机302相比以更快的速度运行第一非前导压缩机304，以在这两个压缩机302、304之间产生期望的压差。此外，制冷系统控制器15可与第一非前导压缩机304相比以更快的速度运行第二非前导压缩机306，以在这两个压缩机304、306之间产生期望的压差。因此，通过控制压缩机速度并且因此控制这些压缩机302、304、306中的压力，油可以在压缩机302、304、306之间进行分配。然而，如在上述实施例中的那样，入口供应管线的布置可以在关于如何控制压缩机速度方面提供灵活性，同时维持期望的压差。

在图4的实施例中，三个压缩机302、304、306具有相同的尺寸和泵送能力。但是，如图3中所示，第一非前导压缩机304可以比前导压缩机302更大。第二非前导压缩机306可以比第一非前导压缩机304更大或更小。如果压缩机尺寸和泵送容量从前导压缩机302顺序地向下游增加，则即使所有的压缩机以相同的速度运行，或者即使前导压缩机302与非前导压缩机304、306相比以更快的速度运行，也可以维持压差。

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本发明的优选实施例在本文中进行描述，其包括发明人知晓的用于实施本发明的最佳模式。对于本领域普通技术人员而言，那些优选实施例的变形在阅读前述说明时将变得明显。发明人预料到本领域普通技术人员以适当的方式实施这些变形，并且发明人考虑到以本文具体描述以外的方式予来实施本发明。因而，如由适用法律所允许的那样，本发明包括所附于此的权利要求列举的主题的所有变型和等同方案。此外，除非本文中另有说明或上下文明显矛盾，否则以上描述的元素以其所有可能变型而形成的任何组合均由本发明所涵盖。