制冷装置用的油分离器 本发明一般涉及到油分离器，适用于将从致冷压缩机排放的汽化高压致冷剂中的油清除，並将该油送回到压缩机曲柄箱中的低压油池中。
在制冷系统中应用油分离器去除从热的高压压缩机排放的致冷剂蒸汽中的压缩机润滑油浮粒，例如R-12、R-22、R-502、並把此油打回到压缩机油池中，这主要是在空吸压力下进行的。这种作用有利于压缩机在定期临界润滑期间的运行，並改善了整体制冷系统的致冷效果，因为这种油/致冷剂悬浮粒子通常会使致冷系统恶化，这是由于通过凝结器和蒸发器盘管传递的热降低以及因减小了的致冷剂流量使压缩机的容积效率降低的缘故。油分离器则在这些压缩机油通过致冷系统循环之前即把它截获並直接打回到油池中，所以防止了这些功能性的问题。
油被从压缩机的高压侧除掉並返回到低压油池是利用不同的压力降低法实现的，制冷装置的油分离器即根据所用的不同方法而被分成两大类。一种类型是利用一个浮球阀来测量流过一个油分离器储器的油量，这种型式的油分离器易于因机械振动和冲击所损坏，所以对静止式固定式的制冷系统较为适用，另一类型的油分离器使用一种限制孔口，例如利用一根毛细管把油返回到低压油池中。这种类型油分离器不受振动和冲击的影响，例如可以用于运输上的制冷系统中。
小容量的制冷系统，例如载重汽车、拖车以及集装箱上的资物冷却用的运输型制冷系统中的油分离器是相当贵的，它们要有临界的运行效能，並且需要竖向安装。这种方向性的限制是因为其毛细回油管使分离的油返回取决于重力的缘故造成的，这种竖轴向的指向限制会使安装呈现棘手的困难，尤其是对那些具有十分有限进出空间的载重车制冷器的应用中更甚。
因此，本发明期望並作为发明目的而提供一种新的和改进的油分离器，以适于在高度振动和冲击的环境中应用，並且相当经济，高效而不用太大的压力降，也不要求竖向安装。
简言之，本发明为一个新的和改进的油分离器，对工作于存在冲击和振动的环境中的制冷系统适用，例如用于运输的制冷系统，这种油分离器包括一个伸长的外壳，它界限出具有第一和第二轴向终端的封闭空间，以及一个纵向轴线延伸在这两个端部之间。在第一和第二轴向端部处分别布置有一个制冷剂入口和一个制冷剂出口。在第二端部处布置一个回油出口，与纵向轴在径向上分开一个第一预定尺寸。
在本发明的最佳实施例中，在两个连续的级中从输入的致冷剂蒸气中分离油，所述的两个级为离心级和组合过滤级，油通过重力作用被收集在外壳中。
在该封闭的空间中设置一个带有第一和第二终端的毛细管，该毛细管的第二端部与回油出口液流相通。
毛细管的第一端部也被设置在该封闭空间的第二轴向端，该第一终端与纵轴线在径向上分开，它基本上与回油出口的方向相同，径向分开的距离大于第一预定尺寸，该毛细管第一端部的位置是这样安排的，即当外壳的纵轴线基本上处于水平状态时，並且外壳围绕其轴线被定向而使毛细管的第一终端在竖向上处于回油出口的下面时，使其在液流关系上靠重力来馈送汇集的油。
当外壳的纵轴线为竖向指向时，无论在水平方向和竖立方向之间选择任何角度，只要毛细管的第一端部是在回油出口的下面，则毛细管的第一端部即保持以重力馈送分离的油的液流相通关系。
毛细管的长度和孔径选择得使一定流率的致冷剂从第一端部流到第二端部，对从致冷剂中除掉的油提供运动力使其返回到压缩机油池中，通过毛细管的致冷流率被选择为通过油分离器的总致冷剂流率的很小一部分，並因此对相关的制冷系统的制冷容量不会造成影响。
阅读结合仅作为举例示出的附图所作的下述详细说明，将对本发明更加明瞭。
图1，为按本发明的讲述所制造的一个油分离器水平安装时的制冷系统，部分原理和接线示意图；
图2，与图1相似，不过表示的是本发明的油分离器作竖向安装；
图3，与图1相似，不过表明的是，该油分离器可安装在如图1和图2所示的水平和竖立安装方向之间任意选定的角度；
图4，为图1、2和3所示油分离器的横截面图，表明该油分离器的一个最佳实施例；
图5，为示于图4的油分离器的一个横截面图，取自图4中箭头V-V所示方向和范围；
图6，示于图4断面中的一个入口窗的侧立视图，窗口是除油第一级的一部分；以及
图7，示于图4断面中的毛细管的侧立视图，表示以重力将从致冷剂蒸汽中除掉的润滑油返送到相关的制冷压缩机的油池中。
参照各附图，特别是附图1、2和3，这里示出一个制冷系统10，例如一个运输制冷系统，或可工作于具有冲击和振动的环境中的任意型式的制冷系统。制冷系统10包括一个致冷剂压缩机12，它从一个排浅口和操作阀14排放出热的高压致冷蒸汽到热气管道16，一个凝汽器18除掉致冷剂中的热，並将其凝结为高压液体，並将致冷剂通过液体管道22提供到膨胀阀20。
最后的较低压力的液态致冷剂在一个蒸发器24中汽化，由包围在蒸发器盘管周围的空气排去热量，然后汽化的致冷剂通过一个空吸管道28返回到一个空吸口和操作阀26处。
按本发明的讲述构成的一个油分离器30被设置在热气管道16上。油分离器30包括：一个伸长的外壳32，在其第一轴向端部35处有一个致冷剂入口34，它接受致冷剂蒸汽和来自压缩机12的携带的润滑油浮粒，以及一个致冷剂出口36，电位于其余的或第二轴向端部37处，这里排放除掉油浮粒的致冷剂蒸汽，以便继续通过制冷系统10行进。一个回油出口38将分离的润滑由通过一路回油管道40打回到压缩机12的曲柄箱41中的一个油池39中。
图1所示的油分离器30可以纵轴线42安装成图4所示，该轴线延伸在第一和第二轴向端部35和37之间，基本上为水平方向。图2说明的油分离器30可以纵轴线42安装成基本上为垂直方向。图3示出油分离器30可被安装成其纵轴线42为范围44内的任意所期的角度，该范围基本上为图1的水平方向和图2的竖立方向之间的90度角。
图4为油分离器30的横截面视图，说明本发明的最佳实施例，外壳32最好由第一和第二相似的金属壳46和48形成，例如用15号冷轧钢，它们结合起来限定出一个封闭的空间49，並分别具有第一和第二轴向端部51和53，壳体46包括一个圆筒部分50，它由一个端壁部分52在外壳32的第一端部35的附近接合(可以与圆筒部分50是一个整体)形成一个转角部分54。圆筒部分50的其余一端是开敞的並向外突出如56所指示的，端壁部分52包括一个中央开口58，它与纵轴线42同心，用于接受致冷剂入口连接器34，致冷剂入口连接器34也可以用钢制作，它被焊接或钎焊于外壳体46的端壁部分52上。
同样，壳体48包括一个圆筒60，它被一个端壁部分62(可与圆筒部分60为一整体)在外壳32的第二端部37的附近接合，形成一个转角部分64，圆筒部分60的其余一端是开敞並向外突缘如66所示，端壁部分62包括一个与纵轴线42同心的中央开口68，用于接受致冷剂出口连接器36，该致冷剂出口连接器36也可用钢制成，並被焊接或钎焊到外壳体48的端壁部分62上。
致冷剂出口连接器36包括一个端部67位于第二壳体48所界限的中空空间内，油分离器组件68即附于其上，例如，油分离器组件68可包括一个中空的管金属支撑元件70，它对除油后的制冷剂来说也起出口管的作用，管元件70可以用钢制成，它分别包括第一和第二端部72和74，第一端部72包括一个滤网或过滤元件73，例如一端封闭一端敞开的细网眼的管状滤网，敞开端围绕並合适地贴附到管元件70的终端72附近，用于阻止颗粒物质经过管元件70进入到相关的制冷系统10中。管元件70的尺寸以靠近其第二端部74处为准，以及致冷剂出口连接器36的尺寸则接近它的端部67者，以便形成紧套入的压配合或在其间用钎焊接合。然后，第一和第二壳体46和48即可在其突缘56和66处通过诸如焊接而连接在一起。
为了描述得更加明白起见，油分离组件68具有一个圆筒外形，它限制的外直径小于圆筒部分50和60的直径，从而界限出在除油组件68和圆筒部件50与60的内壁之间的一个环形空间76。
在本发明的最佳实施例中，油分离组件68包括第一和第二连续的除油级，第一级包括一个入口窗78，明确地示于侧剖视图6中。入口窗78是一个圆的平金属板，例如电镀钢板，在靠近该板的外周形成有多个均匀分开的翼片，这些翼片从主平板本体部分80交替地以相反方向向外弯摺，例如有6个翼片82、84、86、88、90和92从本体部分80向外伸出，从本体部分80的一侧以均匀分开的圆周关系向外伸张，並且将翼片84、88和92从本体部分80的另外侧从均匀分开的圆周关系向外伸出。
入口窗78被定位于外壳32限定的空间内邻近第一轴向端部35处，所以各主平边垂直于纵轴线42，各翼片82、84、86、88、90和92是与环形空间76对正的，携带着润滑油浮粒的热高压致冷剂蒸汽打到入口窗78和翼片82、84、86、88、90和92上至使致冷剂蒸汽成为一个螺旋涡流进入並环绕着环形空间76。由入口窗的各翼片所引起的自由涡流产生的离心力场造成所携带的油滴向着外壳32的内壁迁移並撞击它，这就在外壳体46和48的内壁上形成一层油膜，它借助于重力而流动並蓄积在壳体46和48界限的内壁的最低部分处。
油分离的第二级发生在组合过滤器包94中，该过滤器包具有一个第一轴向端部95，它从入口窗78处开始並与该窗78相接触；其第二轴向端部97被一个大的金属垫圈元件99定位，並且是一个中央开口101。这第二轴向端部97相对于在外壳32的第二轴向端部37处的端壁62是空间上分开的。组合过滤器包94接受起始离心已发生分离出油之后的致冷剂蒸汽，然后部分净化了的致冷剂蒸汽通过过滤器包94流回，在那里流到出口管的过滤筛端72和支撑元件70处，过滤筛端72入口窗78轴向地分开而提供一个致冷剂流入空间96，在出口管第一端72处的滤网73和支撑件70阻止从过滤器包94来的碎物或类似碎片，阻止它们从油分离器出口离开並污染制冷系统10。
当致冷剂流到过滤器包94，在致冷剂中尚残留的油悬浮颗粒就凝结在过滤器包94的绳索上。在过滤器包94的一个最佳实施例中，是因金属线编织网眼的多孔圆筒部件形成的，例如用0.13毫米(0.005英寸)直径的电镀钢线编织而成。这样用金属线编织了网眼的弄平並弯摺的软坯堆“Stocking”被围绕到围绕着管支撑和出口元件70的一个弹性的卷轴或圆柱上。同时电镀金属线是在机械冲击和振动的环境中较适应的，为过滤器包94用的其它代换材料包括有拨丝的纤维玻璃和膨胀开口微孔泡沫(expandedopen-cell foam)。过滤器包94起阻止气流中微观的油雾颗粒的作用，它使油结合或凝结成较大的油滴，该油滴借重力沿金属丝条迁移到过滤包底部，在这里的油靠重量而掉到外壳32的内底部。在凝结的油滴通过过滤包迁移並掉到封闭空间的底部时，油滴变得太大而不会再携带到致冷剂蒸汽的汽流中。
在组装之前，组合过滤器包94的轴向长度稍大于窗78本体部分80的平表面和金属支撑盘99之间的有效组装距离，该盘99与出口管70同轴并在致冷剂出口36的端部67处被轴向定位。组合过滤器包94在组装之前轴向地伸过毛细盘管116的第一轴向端部118某些距离，它的回弹提供一个相似于弹簧的压力，此压力造成组合过滤器包94支撑着入口窗78，並使窗78保持顶住壳体46的轴向端52。这是所期望的窗78的组装位置，並在壳体46和48被压且在突缘56和66处焊在一起时它即自动地呈现了这一所期望的位置。
利用将过滤器包封闭至少约为其轴向长度的一半，从其靠近入口窗78的第一轴向端部95开始到屏蔽的入口空间96，即可阻止致冷剂蒸汽进到过滤器包堆94太快，以及防止致冷剂蒸汽通过直接包围空间96的过滤器包94的终端而短路。围绕过滤器包的第一轴向端部的这个封闭可以采取用任意合适的材料(例如铝或钢)做成的薄壁管金属裙的形式完成，但本发明最佳实施例中，该防护作用是由一根毛细管98提供的，该管98提供出回收油的功能，而不必再单设一个防护裙。
除去了压缩机润滑油的主要部分的致冷剂蒸汽，就这样地进到输出管70的滤网端部72，从这里再继续进到凝结器18。在油分离器30内的致冷剂蒸汽是处于相对高的压缩机排气压力之下的，並且积蓄在外壳32底部的油必需从这一相对高的压力区流到压缩机油池中，该处基本上是在空压机的空吸压力下。这个压力降低即是由前述的毛细管98在回油路中完成的。
毛细管98的孔径和长度选择得使压缩机排放的蒸汽以很低的速率回到压缩机油池中，该速率例如为压缩机总流率的百分之一到五。这个致冷剂蒸汽流用作将分离的油返到压缩机中的载体，而不过大降低或浪费压缩机容量，已发现具有外直径2.4毫米(0.094英寸)、内直径1.24毫米(0.049英寸)、长约360厘米(142英寸)的一根软铜管是合适的，但其它材料、长度和孔径也可应用。
毛细管98分别具有第一和第二端部100和102，第一端位于管部分60和端壁62之间的角64处，而第二端与回油出口38液流相通，回油出口38被装在端壁62中形成的一个开口104内，该开口104在径向上与纵轴线42空间分开一个第一尺寸106，如图5所示，是取自图4中箭头V-V之间的油分离器30的横剖视图。毛细管98的第一端100被一个筛网、滤网式过滤器元件108所包围，如图5所明示，图5还示出，端部100也如开口104相同的方向与纵轴线42径向地分开，并且分开一个第二尺寸112，它大于第一尺寸106，因此端部100即基本上置于与纵轴线42和开口104的中心共同的一个平面110上，图5中尺寸114指示该端100可置于相对于平面110的这一尺寸内的任意位置，它近似于距平面110的每侧面为13毫米(0.5英寸)，该筛网108可以是细网的管状网，它固定于毛细管入口终端100上以防止杂散的颗粒物可能堵塞毛细管98的小孔，热压烧结粉末金属过滤器或类似物也能提供等效的筛网功能。
如图4和7所示，毛细管98在第一和第二端部100和102之间环绕成紧密间隔的圆筒形盘管116，它分别具有第一和第二轴向端部118和120。多个轴向布置、圆周上间隔开的焊道124将紧密隔开的圆筒形盘管116的各圈把持在一起而形成一个刚性圆柱体，盘管116具有的内径稍小于过滤器包94的外径，以提供给回弹过滤器包94附加的压紧力，圆筒形盘管116的轴向长度至少等于约为过滤器包94轴向长度的一半，从入口窗78处第一轴向端部118开始形成围绕出口管70的入口端72的附近空间96的一层屏蔽。因此，进到环形空间96的致冷剂蒸汽被迫流向过滤器包94的第二轴向端部97，保证了通过金部过滤器包94的致冷剂蒸汽流基本上均匀，而不致沉重地集中在第一轴向端95处。
将毛细管的进油端100策略地定位在外壳32的转角64处，在这里外壳32由壁部60所界限的圆筒构形转变成入口端壁62，这就可以保证将毛细管98的靠近100和102两端的位置处的两个部分用平头钎焊接在一起，如122所示。因为端102被固定到出口38处，例如完全地通过出口38伸出，如所表示的，将毛细管98的两部分在靠近其端部100和102处焊接在一起、第一端部100和其附带的过滤器108的位置即固定住，这就免除了必须用一个单独的夹具把端部100持在所期望的位置。
毛细管98的进油端100的相对位置，加上进油端100的定向基本上为纵轴线42和开口104的中心所定的同一平面上，这即能使毛细管入口100在纵轴线42为水平方向、竖立方向式其间的任何角度方向上都能以重力作用馈送所收集的压缩机润滑油。
当轴线42为竖立指向时，油分离器30在轴线42四周的圆周指向不会产生任何不同。当轴线42为水平指向时，油分离器在圆周方向的定向应使得端部100处于外壳32的最底部。当定向的角度从水平向竖立方向提升时，端部100应保持为该底部位置。换言之，从图4来观察终端100，它可被视为一个转动轴线，油分离器30绕此转动轴线顺时钟转动，达到所期望的位于水平和垂直之间的角度。这种油分离器30定向的灵活性在将制冷系统应用于具有限制性的安装位置时，例如在某些车辆的机罩下引擎小室中，这时是特别有利的。