CN105143790A - 用于冷却马达的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷却马达的方法和设备，其中该马达驱动冷却剂循环(1)的至少一个至少两级式压缩机(2)，该压缩机至少包括第一压缩级(3)和第二压缩级(4)，其中冷却剂被引导通过该冷却剂循环(1)，冷却剂在第一压缩级(3)中从低压力水平形成为中等压力水平，并且在第二压缩级(4)中从中等压力水平形成为高压力水平，并且紧接着第二压缩级(4)之后在释放热量的情况下减压到中等压力水平。

Description

用于冷却马达的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于冷却马达的方法以及一种用于执行该方法的设备。
背景技术
这种具有两级式压缩机的冷却剂循环例如结合热泵使用。在此压缩机的这两个压缩级通过马达驱动，马达为此机械地与压缩机连接。借助于压缩机的第一压缩级实现冷却剂气体从低水平到中等水平的压缩。然后在第二压缩级进一步提高压力水平，直到冷却剂具有高的压力水平。然后通过后置于第二压缩级的冷凝器可以从冷却剂排出热量，接着冷却剂减压并且在蒸发器中可以重新吸收热量，用于气态地输送到压缩机的第一压缩级。
在此，根据运行方式通过这种冷却剂循环能够实现例如一个空间的加热或冷却。在此冷却剂同时用于冷却马达，由此使马达能以优化的运行温度运行。
在冷却剂回路中一般或者通过由压缩机抽吸的冷却剂或者通过已经压缩的、气态的冷却剂来冷却压缩机的马达。在此，马达废热或者紧接着在压缩之前或者紧接着在压缩之后被输送给气态的冷却剂。在具有包括第一压缩级和第二压缩级的两级式压缩机的冷却剂回路中已知，通过处于中等压力水平上的冷却剂来冷却马达。即，这或者通过在第二压缩级之前的抽吸气体或者通过第一压缩级的压缩气体实现。
为了冷却马达，通常只利用气态的冷却剂，以便防止用于润滑马达轴承的位于马达中的润滑油变稀。这可能导致轴承中缺少润滑并由此引起马达损伤。但是通过在压缩机的第二压缩级中压缩之前的抽吸气体冷却由于加热抽吸气体而降低了冷却剂循环的效率，因为冷却引起抽吸气体和相关的输送质量流的密度降低。通过在第一压缩级中压缩后的压缩气体冷却马达导致损失并且提高第一压缩级的压缩气体的温度。由此也提高了马达耐温要求。
为了冷却两级式压缩机的马达已知，从冷却剂循环在后置于第二压缩级的冷凝器之后分支出冷却剂主流的分流并且通过一种旁路连接导引到马达冷却。在此，在旁路管路中实现独立的减压，对于减压根据运行模式需要一个或两个膨胀阀，所述膨胀阀需要单独调节。
已知的用于冷却马达的方法或者导致整个系统效率降低，或者相对费事，并且只能通过附加的管路和膨胀阀来实现，对此还需要单独调节。
发明内容
因此，本发明的目的是，克服现有技术的缺陷并且尤其给出一种用于冷却马达的方法和设备，其中马达的废热可输送回到冷却回路中，而不对整个系统的效率产生负面影响。在此，制造花费以及调节花费要尽可能小并且通过尽可能少的构件实现。
按照本发明，这个目的通过具有权利要求1特征的方法并通过具有权利要求6特征的设备实现。在从属权利要求中给出有利的构型。
在一种用于冷却至少一个马达的方法中，该马达驱动冷却剂循环的至少一个至少两级式压缩机，该压缩机至少包括第一压缩级和第二压缩级，其中，冷却剂被引导通过冷却剂循环，冷却剂在第一压缩级中从低压力水平形成为中等压力水平，并且在第二压缩级中从中等压力水平形成为高压力水平，并且紧接着第二压缩级之后在释放热量的情况下减压到中等压力水平，按照本发明设置，所述马达通过两相的冷却剂主流被冷却，所述冷却剂主流具有中等压力水平。
所述两相的冷却剂主流不仅包含气态的冷却剂，而且包含液态的冷却剂。因为所述冷却剂主流、即通常整个冷却剂流用于冷却马达，所以无需附加的膨胀阀。因此也无需相关的调节。在此，从马达排出的废热对效率没有负面影响，因为在压缩级的相应压缩侧和相应抽吸侧上都没有负面影响。
在具有多于两个压缩级的冷却剂压缩机中，本方法应用于所述压缩级中的两个压缩级之间。在多于一个冷却剂压缩机时，本方法可在两个冷却剂压缩机之间应用。在此，也可冷却多于一个马达，其中，必要时可对每个马达配属一个自身的冷却剂循环。
在一优选的改进方案中，所述冷却剂主流在冷却马达以后分成液态的冷却剂部分和气态的冷却剂部分，其中所述气态的冷却剂部分被输送给两级式压缩机的第二压缩级，并且所述液态的冷却剂部分被输送给第一压缩级。即紧接着冷却马达之后使两相的冷却剂主流分成这两相，其中气态分量在第二压缩级中被继续压缩。由此可在第二压缩级中直接非常高效地在高温情况下将气态的冷却剂压缩到高压力。为了从冷却剂主流中分离冷却剂相例如可利用中压容器，其中涉及一个收集容器，在该收集容器中冷却剂被分成气态分量和液态分量。
在此，优选地，所述冷却剂在第一压缩级之前在吸收热量的情况下蒸发并且在第二压缩级之后在释放热量的情况下冷凝。为此，例如在冷却剂主流分成液态的和气态的冷却剂部分以后通过接着在蒸发器中蒸发使液态的冷却剂部分膨胀，在蒸发器中例如可从环境吸收热量。由此使在冷却剂中含有的液态的冷却剂部分同样转化为气态相并且气态地输送给两级式压缩机的第一压缩级，在那里被压缩并加热。紧接着第二压缩级之后例如可设有冷凝器，在冷凝器中实现在冷却剂中含有的气态的冷却剂部分的冷凝，同时释放热量例如到环境。从冷凝器所述冷却剂在高压下并且部分液化地继续输送并且最终一直减压到中等压力水平。
在一优选的实施方案中，所述冷却剂部分在第一压缩级之后与来自第二压缩级的释放热量以后的冷却剂部分聚集到一起，然后用于冷却马达。由此实现这两个冷却剂部分的汇聚，使得整个冷却剂流能供冷却马达使用。
在一替代性的构型中设置，所述冷却剂部分在第一压缩级之后直接输送给第二压缩级，其中，冷却马达以后的气态的冷却剂被输送给第二压缩级并且与来自第一压缩级的冷却剂部分聚集到一起，其中，形成冷却剂主流的、来自第二压缩级的释放热量以后的冷却剂被用于冷却马达。由此得到相对简单的结构，其中，整个冷却剂流被用于冷却马达。
在一种用于执行上述方法的设备中，所述设备尤其构造为两级式热泵、空调系统或制冷系统，按照本发明设置，所述设备具有马达和冷却剂循环，在冷却剂循环中设置具有第一压缩级和第二压缩级的两级式压缩机，该压缩机能被马达驱动，其中马达冷却部这样集成到冷却剂循环中，使得马达冷却部能被冷却剂主流通流，其中在流动方向上在马达冷却部之后设置有分相元件，所述分相元件通过用于气态的冷却剂部分的抽吸气体管路与第二压缩级连接，并且通过用于液态的冷却剂部分的第一管路与两级式冷却剂压缩机第一压缩级连接。
由此，整个的、处于中等压力水平的冷却剂可用于冷却马达并且废热被输送回到冷却剂循环中。由此不会负面地影响效率，因为借助于分相元件紧接着在吸收马达废热之后或者紧接着在冷却马达之后实现分成气态的和液态的冷却剂部分，其中，仅气态的冷却剂部分被输送给第二压缩级并由此被继续压缩。因此，这可高效地运行。
因此，可省去用于冷却马达的附加的旁路连接连同附加的膨胀阀。而是简单地通过冷却剂主流通流马达冷却部，冷却剂主流可吸收相应的热量。对此，无需附加的调节。因此，保持低的制造花费和调节花费。
在一优选的改进方案中，在第一管路中在第一压缩级之前设置有蒸发器并且必要时设置有节流元件以及必要时设置有其它构件。由此可实现此时液态的冷却剂部分的减压和蒸发，由此该气态的冷却剂部分能被输送给第一压缩级。在此，在蒸发器中实现从环境吸收热量，由此冷却环境。其它构件包括例如过滤器或类似物。
在此特别优选地，在冷却剂循环的第二管路中在第二压缩级之后设置有冷凝器并且必要时设置有节流元件以及必要时设置有其它构件。在冷凝器中可由气态的冷却剂部分在第二压缩级之后释放热量到环境，由此该冷却剂部分至少部分地液化。通过接着设置的节流元件，所述节流元件例如可构造为简单的节流阀或者膨胀阀，紧接着实现该冷却剂部分的减压，使得该冷却剂部分可在中等压力水平液态地和/或气态地用于冷却马达。其它构件例如可构造为用于功率电子设备的冷却元件或类似物。
在一优选的构型中，在冷却剂循环中在马达冷却部之前设置有混合装置，所述混合装置与来自第一压缩级的压缩气体管路和与第二管路连接。在混合装置中来自第一压缩级的冷却剂部分和来自第二压缩级的冷却剂部分由此聚集到一起，并且可从那里共同地被引导到马达冷却部。由此整个冷却剂流用于马达冷却。
在一替代性的构型中设置，所述第二管路与马达冷却部连接，其中来自第一压缩级的压缩气体管路通到引导到第二压缩级的抽吸气体管路中。在此，在分相元件之后的气态的冷却剂部分可与从第一压缩级延伸到第二压缩级的冷却剂部分在第二压缩级之前聚集到一起。在这个简化的结构中，整个冷却剂流也引导到马达冷却部，并且在那里用于吸收废热。但是来自第一压缩级的冷却剂部分不是直接在马达冷却部之前与来自第二压缩级的冷却剂部分组合，而是仅同样流过第二压缩级。
在马达冷却部与分相元件之间的冷却剂管路中设置其它构件。所述其它构件例如是节流元件和/或附加的冷却元件，它们例如用于冷却功率电子设备的元件。
优选地，所述冷却剂压缩机具有多于两个压缩级，其中如权利要求1至5中任一项所述的方法应用于所述压缩级中的两个压缩机之间。由此也可实现非常强烈的冷却。
在一优选的改进方案中，所述设备具有两个冷却剂压缩机，其中在冷却剂压缩机之间或者在冷却剂压缩机的压缩级之间应用如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中必要时设置多于一个马达冷却部。由此，该设备可非常普遍地使用。
附图说明
下面借助优选实施例结合附图详细描述本发明。附图示出：
图1具有两级式压缩机的冷却剂循环的第一实施方式，
图2具有两级式压缩机的冷却剂循环的第二实施方式。
具体实施方式
在图1中示意性地示出热泵的冷却剂循环1，所述冷却剂循环具有包括第一压缩级3和第二压缩级4的两级式压缩机2。两级式压缩机2通过马达5驱动，其中为了清楚起见未示出在马达5与两级式压缩机2的压缩级3,4之间的机械连接。
借助于两级式压缩机2的压缩级3,4使冷却剂的压力水平首先从第一压力水平提高到中等平均水平并且接着提高到高压力水平。在此，作为冷却剂使用处于超压下的液态流体，所述流体在卸压和吸收热量以后是气态的。冷却剂例如是气态的并且以低压输送给压缩机2的第一压缩级3，并且在那里形成中等压力水平，其中冷却剂同时被加热。
然后，通过压缩气体管路6气态的冷却剂分量在按照图1的冷却剂循环中进入到混合装置7，并且在那里与来自第二压缩级4的冷却剂部分聚集在一起。这个冷却剂部分气态地且以中等压力水平已被输送给压缩机2的第二压缩级，并且在第二压缩级4中同时加热地形成高压力水平。然后，气态的冷却剂部分紧接着第二压缩级4通过第二管路8被输送给冷凝器9。在那里冷却剂部分释放热量到环境或散热器10。由此，冷凝的热剂部分(其可不仅具有液态相而且具有气态相)接着借助于例如构造为膨胀阀的节流元件11减压到中等压力水平，以这个压力水平该冷却剂部分到达混合装置7，并且与来自第一压缩级3的冷却剂聚集到一起。
聚集到一起的冷却剂部分、即包括整个体积流的冷却剂主流从混合装置7进入到马达5的马达冷却部并且在那里吸收马达5的热量。接着，冷却剂主流在分相元件12中分成气态的冷却剂部分和液态的冷却剂部分。气态的冷却剂部分然后再输送给第二压缩级4。
液态的冷却剂部分借助于也可构造为膨胀阀的节流元件13减压，并且以低压和低温被输送给蒸发器14，在该蒸发器中液态的冷却剂部分转化为气态相。在此，蒸发器14从环境或者从热源15吸收由冷却剂部分吸收的热量。在此节流元件13和蒸发器14设置在第一管路16中，第一管路使分相元件12与两级式压缩机2的第一压缩级3连接。然后在第一压缩级3中实现在蒸发器14中蒸发的冷却剂部分的压力提高，由此使这个冷却剂部分能以中等压力水平和提高的温度再输送给混合装置7。
图2示出一替代性的优选实施例，在该实施例中相应的元件设有相同的附图标记。与按照图1的实施例的不同在于，在第一压缩级3之后的冷却剂部分不输送给前置于马达冷却部的混合装置，而是直接输送给第二压缩级4。在该情况下，来自分相元件12的气态的冷却剂部分也输送给第二压缩级4，冷却剂主流在第二压缩级4中形成高压力水平，并且在此加热。然后，具有气态和液态的组成部分的冷却剂主流在冷凝器9中热量输出和冷凝并且接着通过节流元件11减压以后到达用于冷却马达5并且可在那里吸收热量。由分相元件12从冷却剂主流中分离出来的液态的冷却剂部分通过第一管路16引导，并且首先借助于节流元件13减压到低压力水平。接着，在蒸发器14中进行蒸发，使得其最终气态地输送给压缩机3的第一压缩级3，并且在那里在同时加热的情况下形成中等压力水平，从而然后到达用于第二压缩级4。
在按照本发明的方法或在按照本发明的设备中，其中这尤其是热泵设备，借助于冷却剂主流、即通过整个冷却剂实现马达冷却，所述马达用于驱动两级式压缩机。无需附加的旁路连接用于使一部分冷却剂分支用于冷却马达。相应地尤其通过减少所需的膨胀阀数量得到简化的结构并由此得到更简单的调节。
在此马达废热再输送到冷却剂循环，而不会由于在吸收废热以后发生的分相使整个系统效率变差。
通过相对少的花费按照本发明的设置能够适配于具有单级式压缩机的冷却剂循环，其中可应用中间喷射和内部热交换器或者也可应用中间喷射和在分相元件中的分相。
由于冷却剂循环的设计可实现冷却回路的反向，用于除霜和/或用于冷却运行，但是分相元件总是必需以相同的方向通流。

Claims (13)

1.用于冷却马达的方法，所述马达驱动冷却剂循环(1)的至少一个至少两级式压缩机(2)，该压缩机至少包括第一压缩级(3)和第二压缩级(4)，其中冷却剂被引导通过该冷却剂循环(1)，冷却剂在第一压缩级(3)中从低压力水平形成为中等压力水平，并且在第二压缩级(4)中从中等压力水平形成为高压力水平，并且紧接着第二压缩级(4)之后在释放热量的情况下减压到中等压力水平，
其特征在于，所述马达(5)通过两相的冷却剂主流被冷却，所述冷却剂主流具有中等压力水平。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却剂主流在冷却马达(5)以后分成液态的冷却剂部分和气态的冷却剂部分，其中所述气态的冷却剂部分被输送给两级式压缩机的第二压缩级(4)，并且所述液态的冷却剂部分被输送给两级式压缩机(2)的第一压缩级(3)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述冷却剂在第一压缩级(3)之前在吸收热量的情况下蒸发并且在第二压缩级(4)之后在释放热量的情况下冷凝。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述冷却剂部分在第一压缩级(3)之后与来自第二压缩级(4)的释放热量以后的冷却剂部分聚集到一起，然后用于冷却马达(5)。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述冷却剂部分在第一压缩级(3)之后直接被输送给第二压缩级(4)，其中，冷却马达(5)以后的气态的冷却剂部分与来自第一压缩级(3)的冷却剂部分聚集到一起并且被输送给第二压缩级(4)，并且，形成冷却剂主流的、来自第二压缩级(4)的冷却剂在释放热量以后用于冷却马达(5)。
6.设备、尤其是两级式热泵、空调系统或制冷系统，用于执行如权利要求1至5中所述的方法，其特征在于，所述设备具有马达(5)和冷却剂循环(1)，在该冷却剂循环中设置具有第一压缩级(3)和第二压缩级(4)的两级式压缩机(2)，该压缩机能被马达(5)驱动，其中，马达冷却部这样集成到冷却剂循环(1)中，使得马达冷却部能被冷却剂主流通流，其中，在流动方向上在马达冷却部之后设置有分相元件(12)，所述分相元件通过用于气态的冷却剂部分的抽吸气体管路(17)与第二压缩级(4)连接，并且通过用于液态的冷却剂部分的第一管路(16)与两级式冷却剂压缩机(2)的第一压缩级(3)连接。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，在第一管路(16)中在第一压缩级(3)之前设置有蒸发器(14)并且必要时设置有节流元件(13)以及必要时设置有其它构件。
8.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于，在冷却剂循环(1)的第二管路(8)中在第二压缩级(4)之后设置有冷凝器(9)并且必要时设置有节流元件(11)以及必要时设置有其它构件。
9.如权利要求6至8中任一项所述的设备，其特征在于，在冷却剂循环(1)中在马达冷却部之前设置有混合设备，所述混合设备与来自第一压缩级(3)的压缩气体管路(6)和与第二管路(8)连接。
10.如权利要求6至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二管路(8)与马达冷却部连接，其中，来自第一压缩级(3)的压缩气体管路(6)通到引导至第二压缩级(4)的抽吸气体管路(17)中。
11.如权利要求6至8中任一项所述的设备，其特征在于，在马达冷却部(5)与分相元件(12)之间的冷却剂管路中设置有其它构件。
12.如权利要求6至11中任一项所述的设备，其特征在于，所述冷却剂压缩机(2)具有多于两个压缩级(3,4)，其中如权利要求1至5中任一项所述的方法应用于所述压缩级中的两个压缩级之间。
13.如权利要求6至11中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备具有至少两个冷却剂压缩机，其中，在冷却剂压缩机之间或者在冷却剂压缩机的压缩级之间应用如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，必要时设置多于一个马达冷却部。
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