[发明专利]水平散装油分离器

说明书

技术领域

本发明大体涉及在Gifford McMahon(GM)循环中操作、用于低温制冷系统中的氦压缩单元。更具体地讲，本发明涉及改进的散装油分离器，其中所述分离器沿水平方向指向，并且与适于压缩氦的涡旋型油润滑式压缩单元一起使用。

背景技术

氦大体利用空调型压缩机被压缩，其中，大量的油流经具有氦的压缩室，从而将氦冷却。在GM型低温制冷压缩机中的油的目的是用于润滑以及吸收氦压缩过程中产生的热量。尤其重要的是，输送至膨胀器的氦实际上没有油。散装油分离器被用于确保除去在压缩过程中喷射的这种油。散装油分离器用作为系统的储油器，随着油在压缩机系统的寿命过程中传输至吸附器，所述储油器被抽吸下降。

在McMahon等人的美国专利No.2906101中公开了GM循环制冷器的操作的基本原理。GM循环已经成为在小型商业制冷器中产生低温的主要的方式，这主要是因为GM循环可利用批量生产的油润滑式空调压缩机，以最小成本地建立可靠、长寿的制冷器。GM循环制冷器在空调型压缩机的设计限制中在压力与功率输入方面操作良好，甚至尽管氦替代用于设计的制冷剂。大体上，GM制冷器在大约2MPa(每平方英寸300英镑绝对)(psia)的高压(Ph)、以及大约0.8MPa(117psia)的低压操作。

空调型压缩机制造成具有宽范围的尺寸以及多种不同的结构。提供附加的制冷以使得这些压缩机适于压缩氦的措施对于不同的压缩机而言是不同的。例如，消耗(draw)大约200至600W的压缩机大体是往复活塞型的压缩机，所述压缩机通过将空冷翅片增加至压缩机壳体而被冷却。在大约800与4500W之间，最常见的压缩机是滚动活塞型的压缩机，而低压返回气体直接流到压缩室上。在滚动活塞型压缩机中，油与氦一起流入压缩室中，并且随着氦被压缩而从氦吸收热量。大多数油与压缩机壳体内高压的氦分离。Longsworth的美国专利No.6488120公开了借助于以下方式冷却氦、油、与压缩机壳体的方法，即围绕壳体缠绕水冷管、并进一步将氦冷管与油冷管缠绕在水管上。冷却的油然后被喷射到回氦管线中。高效地，压缩机用作为油泵。泵送的油的量大体为排量(displacement)的大约2％。

日立公司的涡旋压缩机消耗5与9kW之间，并且使得回气直接流入涡旋体(scroll)中。油可喷射进入入口中，并且以高压与氦一起被排入壳体中。与上述滚动活塞型压缩机类似，大多数油与氦分离，并且收集在压缩机的底部中。不像较小的压缩机，对于这种类型的压缩机而言，利用围绕壳体所缠绕的水冷管来冷却壳体不是高效的。在此，来自氦与油的热量通过后冷却器被去除，其中所述后冷却器位于压缩机壳体外侧，是空冷的或水冷的。

Copeland公司的、用于空调服务的涡旋压缩机消耗5与15kW之间。这些压缩机与日立公司的结构不同之处在于，低压的回气流入壳体中，而不是直接流入涡旋体中。沿标准竖直方向，涡旋体在电机上方。没有使得冷却油与氦一起流入压缩室内的装置。Copeland公司已经改型了两种压缩机，5kW压缩机与15kW压缩机，以通过以下方式循环油而冷却氦，即将高压油收集在涡旋体上方的排放室(discharge plenum)内，并使得油通过特定的端口流出从而在外部后冷却器中被冷却。另一特定的返回端口使得油以接近低压回到涡旋体中，在那里，所述油与正在被压缩的氦混合。

在Weatherton等人的美国专利No.6017205中公开了涡旋压缩机的结构与操作的说明、以及特定的改型以使得Copeland标准单元适于压缩氦。在R.C.Longsworth的“Advances in CryogenicEngineering”中的“Helium Compressor for GM and Pulse-tubeExpander”(Vol.47，Amer，Inst.Of Physics，2002，pp 691-697)中公开了使用生产用于氦服务的两个压缩机中的较大的压缩机即HC-10^型压缩机(SHI-APD低温装置)的压缩机系统。