CN106068428A - 热机和热机的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热机(1)，它有一个导引流体(16)的循环系统(2)，包括至少一个能够蒸发流体(16)的蒸发装置(3)，至少一个能够压缩流体(16)的压缩装置(4)，至少一个能够冷凝流体(16)的冷凝装置(5)，能够汇集流体(16)与可借助压缩装置(4)添加到流体(16)中的另一种流体(17)的汇集装置(6)，以及至少一个能够膨胀流体(16)的膨胀装置(7)。汇集装置(6)包括混合装置(8)，借助它可将流体(16)与另一种流体(17)混合成一种乳化液。本发明还涉及一种运行这种热机(1)的方法。

Description

热机和热机的运行方法

本发明涉及一种热机，具有导引流体的循环系统，该循环系统包括至少一个能够蒸发流体的蒸发装置，至少一个能够压缩流体的压缩装置，至少一个能够冷凝流体的冷凝装置，能够汇集流体与可借助压缩装置添加到此流体中的另一种流体的汇集装置，以及至少一个能够使流体膨胀的膨胀装置。本发明还涉及一种运行这种热机的方法。

在热泵和制冷机归属于此的热机(亦可称“致冷机”)中，通过使用机械能将热能从较低的温度水平提升到高的温度水平。不仅在制冷机中，而且还在热泵中，通常使用油润滑的压缩机压缩流体。在流体压缩后和在冷凝器中冷凝前使用油分离器，它将从压缩机或其他压缩装置排出的油与流体分离，接着将一起带走的油送回压缩机中。一般不可能完全分离，所以部分一起带走的油也会到达制冷机或热泵的冷凝器中。尤其在大型设备(>20kw)中，在冷凝器后安装收集器。它用于缓冲流体和在其中包含的油，从而始终是液态的流体到达沿流体流动方向连接在收集器下游的膨胀阀(膨胀装置)中。借助收集器还能缓冲热机的运行波动、载荷变换或在热源侧或冷却源侧的温度变化。尤其在包括多个蒸发器的设备中，这种收集器是必要的。

然而，在各种热机中所使用的流体，除其他物理学特征外，应当有一种与油(压缩机油)相比恰当的密度，而且还能与油混合。由此避免流体例如有比油大的密度，并因而避免油漂浮在收集器内，长期聚集在那里而不回到压缩机中。通过使用能与压缩机油混合的流体(例如R134a)，使漂浮的油溶解在流体内并能与流体一起流向膨胀阀。

本发明的目的在于，创造一种前言所述类型的热机以及一种运行热机的方法，其中，即使在热机中使用了大密度以及不能混合的流体，仍能实现尤其无故障运行。

此目的通过一种具有专利权利要求1所述特征的热机，以及通过一种具有专利权利要求9所述特征的方法达到。在从属专利权利要求中说明本发明有利的包括合乎目的的进一步发展的设计。

为了也能在热机中使用这种彼此有大的密度差和除此之外或作为替代方式互相不能混合的流体，按本发明规定，汇集装置包括混合装置，借助它可将这种流体与另一种流体混合成一种乳化液。

通过使用这种混合装置，实现了在热机中使用的、用作工作流体的流体，与例如从压缩装置(例如压缩机)分离出来的、例如成为压缩机油的另一种流体之间尽可能均匀地混合。也就是说，借助混合装置达到另一种流体在所述流体内特别均匀地分布，即使在这种流体与另一种流体在它们的密度方面彼此有很大的差别的情况下，亦即这种流体比另一种流体有大得多或也可以有小得多的密度，或即使在另一种流体不能与这种流体混合的情况下。换句话说，通过所述包括混合装置的汇集装置，能够造成一种由(另一种流体的)分散相与(已冷凝并因而液态流体的)连续相组成的乳化液。由于造成这种乳化液，压缩机油精细分布的小油滴与这种流体一起到达膨胀阀，从而即使在这种流体与另一种流体之间密度差别很大的情况下，也能特别有效地达到这两种流体在乳化液中均匀地分布。由此能尤其基本上避免基于热机的这种流体与另一种流体糟糕或不均匀的混合而由浓度引起的运行波动，以及压缩机(压缩装置)润滑剂供应量不足。

按本发明一种有利的设计，混合装置沿流体流动方向设置在汇集装置前。

通过在汇集装置前串联连接混合装置，从冷凝装置(冷凝器)排出的流体与另一种流体作为特别均匀的乳化液进一步引向汇集器。

业已证明也有利的是，所述另一种流体成为压缩机油。

通过均匀地混合这种流体与另一种流体(压缩机油)，尤其基本上保证避免压缩装置(压缩机)的润滑剂供应不足。换句话说，通过在这种流体内均匀分布的压缩机油，确保压缩机非常均匀地润滑。

也有利的是，混合装置有搅拌器，它设计为静力混合器。

尤其在将搅拌器设计为静力混合器的情况下，搅拌器意味着是一种为了混合这种流体与另一种流体以构成一种乳化液的特别便宜和有效的可能性。静力混合器由影响流动的，例如设计为螺旋状的元件组成，它交替分割流体流，然后重新聚合。换句话说，通过这种流体和另一种流体的流动运动，以特别有效的方式促使它们混合，从而造成一种特别均匀的乳化液，其中另一种流体微小的液滴特别均匀地分布在这种流体中。所述混合装置例如设计为安装在一个管段中的静力搅拌器。

按另一种有利的设计，汇集装置有磁力搅拌器。

这种磁力搅拌器能设计得非常紧凑，并因而能使用特别狭窄的空间来形成由这种流体和另一种流体组成的乳化液。

业已证明也有利的是，磁力搅拌器有多个金属叶片。

通过使用金属叶片，所述另一种流能体特别迅速和特别均匀地分布在这种流体中，以及磁力搅拌器和金属叶片可例如到达汇集装置边缘，并因而能够达到特别强力地搅拌或循环由这种流体与另一种流体组成的混合物。换句话说，金属叶片意味着是特别简单和有效的涡流发生器，用于造成形式上为乳化液的均匀混合物。

业已证明也有利的是，汇集装置有一个设置在其边缘区的励磁线圈，借助它能够旋转磁力搅拌器。

借助励磁线圈能够不接触式旋转磁力搅拌器，此时不需要麻烦地连接磁力搅拌器与机械驱动装置，例如电动机，也无需为了防止流体外泄而密封各自的连接件，例如传动轴。在这里，所述边缘区例如相应于容纳这种流体和另一种流体的容器外壁(或外包面)，容器例如设计为收集器并在其中安装磁力搅拌器。

按本发明另一种有利的设计，汇集装置有一个由非磁性的材料构成的收集器。

这种收集器相应于汇集装置的容器，在其中聚集从冷凝装置排出的这种流体和另一种流体，并为了进一步使用而缓冲。若收集器由一种非磁性的材料(例如非磁性的不锈钢)构成，则由励磁线圈驱动的磁力搅拌器还能特别有效地且不会(因收集器)给励磁线圈建立的磁场带来故障地得以使用。

在按本发明的一种运行热机的方法中使用一种流体，这种流体借助至少一个蒸发装置蒸发，借助一个压缩装置压缩流体，借助至少一个冷凝装置冷凝，并借助一个包括收集器的汇集装置与另一种借助压缩装置添加到此流体中的流体汇集在一起，以及此流体借助膨胀装置膨胀。汇集装置包括混合装置，它用于将这种流体与所述另一种流体混合，以构成一种乳化液。

通过由这种流体与所述另一种流体形成尽可能均匀的乳化液，尤其基本上抑制热机因浓度引起的运行波动，与此同时附加保证压缩装置特别均匀和连续的润滑剂供应。

针对按本发明的热机说明的优点和优选的实施形式，也适用于按本发明的方法，反之亦然。

前面在说明书中提及的特征和特征组合，以及下面在对附图的说明中提及的和/或仅在附图中表示的特征和特征组合，不仅可以按具体说明的组合使用，而且也可以按其他的组合或独立使用，并不脱离本发明的范围。

由权利要求、下面对优选实施例的说明以及借助附图，提供本发明的其他优点、特征和详情。附图中：

图1示意表示作为热机示例的热泵循环系统，其中使用一种由现有技术已知的用于汇集一种流体和另一种成为压缩机油的流体的收集器；

图2表示一种由现有技术已知的实施形式，其中为了排空收集器，热气体旁路从设计为压缩机的压缩装置压力侧导入收集器；

图3示意表示在这里设计为热泵的热机循环系统，其中热机的汇集装置有按本发明设计为静力混合器的混合装置，借助它可造成一种由这种流体与另一种流体组成的乳化液；以及

图4示意表示汇集装置另一种实施形式，其中按本发明的混合装置在这里包括具有金属叶片的磁力搅拌器和设置在汇集装置边缘区的励磁线圈。

图1在示意图中表示热机1，它在这里设计为热泵。在热机1中，设计为蒸发器的蒸发装置3与设计为压缩机或压气机的压缩装置4，以及与设计为冷凝器的冷凝装置5及设计为膨胀阀的膨胀装置一起，共同构成一个循环系统2。循环系统2包含一个在这里没有进一步表示的、在其中导引流体16的管路系统。流体16在这里相应于一种在热机1内所使用的流体，它经受蒸发、压缩、冷凝和接着的膨胀。这通常导致在压缩装置4工作时从压缩装置4分离出另一种流体17。所述另一种流体17在这里相应于存在的压缩机油，它作为润滑剂用于维持压缩装置4无故障工作。虽然并不期望另一种流体17(压缩机油)渗出到热机1的循环系统2中，但这不能完全避免。流体16和借助压缩装置4添加在流体16中的另一种流体17，按照图中用箭头表示的流体流动方向10在热机1的循环系统2内运动。

为了避免压缩装置，亦即压缩机或压气机的润滑油供应不足，热机1包括具有收集器9的汇集装置6。在这里收集器9用于缓冲存储流体16，从而始终是液态的流体16到达膨胀阀，亦即膨胀装置7内。这即使在运行波动、载荷变换或在热机1的热源侧或冷却源侧的温度变化的情况下也能确保，只要流体16与另一种流体17能互相混合，以及流体16有较小的或与另一种流体17同样大的密度。只是在这种情况下才保证另一种流体17不在收集器9内漂浮在上面(在流体16上)，而是经由膨胀装置7回到压缩装置4中。因此，为了保证图1中按照由现有技术已知的实施形式的热机1能无故障运行，使用的流体16应当有一种比另一种流体17(压缩机油)小的密度。若是所述的这种情况，则另一种流体17自己在收集器9内向下流向膨胀装置7，亦即流向膨胀阀。因此相应于这种现有技术，要求使用能与所述另一种流体17混合的流体16(例如R134a)。通过这种可混合性，漂浮的压缩机油溶解到流体16内，并能与流体16一起流向膨胀阀。

下面说明的那些附图中也含有一些已借助图1阐述的特征，所以在下面对此不再重新详细说明。

图2借助热机1另一个示意图表示热气体旁路18，它连接压缩装置4的压力侧与收集器9。在这里，所述压力侧相应于在循环系统2内的一个沿流体流动方向10在压缩装置4下游和在冷凝装置5上游的位置。由于经压缩的流体16和在此流体16内随携带的另一种流体17(压缩机油)一起作为流体蒸汽被直接供给或加载给收集器9，在收集器9内所含有的由流体16与另一种流体17组成的混合物，按照一个用箭头表征的方向19排空，以及在这之后，与流体16分离的另一种流体17重新供给压缩装置4。在热气体旁路18有效期间，并与此相应，经压缩的由流体16与另一种流体17组成的混合物，从压缩装置4的压力侧输送到收集器9中，不发生冷凝并因而不进行排热。换句话说，在收集器9排空期间，基于借助热气体旁路18供给流体蒸汽，冷凝装置5，亦即冷凝器停止工作。与此相应，冷凝装置5与压缩装置4或与汇集装置6借助它们连接的各自的管路20，在加入流体蒸汽期间，不流过由流体16与另一种流体17组成的混合物。这种解决办法非常麻烦和无效率，因为尽管压缩装置4在运行中，但没有通过冷凝装置5进行排热，而且除此之外配备有热气体旁路18的热机1需要高昂的维护和控制费用。提高控制费用的原因例如是，必须监测收集器9是何时排空的，并与之相应地，在排空状态应再次终止供给流体蒸汽并由此可以让流体流过冷凝装置5。之所以应当监测收集器9排空，其原因尤其在于，若收集器9长时间排空，它存在温度过高的危险。

由现有技术已知的这些实施形式并不适合将这样一种工质用作流体16，亦即它有比另一种流体17(压缩机油)高的密度，并除此之外或作为替代方式，它不能与另一种流体17混合，因为在这种情况下不能保证另一种流体17返回压缩装置4。

为了使这种密度比另一种在这里相应于压缩机油的流体17大，或与另一种流体17有不可混合性的工质，仍能用作流体16，如下面借助图3和图4表示的那些实施形式是特别适用的。

在图3和图4中所示作为示例的实施形式中，汇集装置6包括混合装置8，流体16可借助它与另一种流体17混合成一种乳化液。在图3中表示的混合装置8有一个设计为静力混合器的搅拌器11，它沿流体流动方向10设置在汇集装置6前。换句话说，从冷凝装置5排出的流体16和另一种流体17，借助此混合装置8搅拌成一种乳化液，它由一种由另一种流体17(压缩机油)组成的分散相与一种由基于之前冷凝而成为液态的流体16组成的连续相构成。因此另一种流体17的小油滴借助混合装置8特别精细地分布在流体16内。在这种状态下，精细分布的小油滴与流体16一起进一步引向膨胀阀，亦即引向膨胀装置7。混合装置8可以设计得特别简单，并与此相应包括一个直的管段，在此管段中搅拌器11按照通过箭头表征的旋转运动21旋转。为了能达到将(另一种流体17)特别精细的小油滴分布在工作流体(流体16)中，根据乳化液在收集器9内接着的停留时间需要或多或少的较强分布，并因此要求通过混合装置8的搅拌器11进行或大或小的较强搅拌。

按图4所示的实施例，在热机1中规定，汇集装置6有具有多个金属叶片12的磁力搅拌器12。此外，汇集装置6还有一个设置在其边缘区14的励磁线圈15，磁力搅拌器12可借助它相应于旋转运动21旋转。边缘区14在这里相应于收集器9容器壁的外表面。磁力搅拌器12在这里安装在收集器9内，亦即容器或贮罐内，以及通过励磁线圈15的行波场旋转。为了保证能借助励磁线圈15驱动磁力搅拌器12，收集器9由一种非磁性的材料构成。

在图3中表示的实施例中没有例如励磁线圈15这样的附加部件便足够，不过在收集器9方面相应受限，也就是说乳化液不应存储在此收集器9中经过较长的停留时间。为了即使在由流体16与另一种流体17组成的乳化液长的停留时间的情况下，仍能抑制这两种流体16、17离析，借助图4表示的具有励磁线圈15的实施形式是特别适用的。

因此在混合装置8中致力于借助搅拌器11主动混合这两种流体16、17。通过借助混合装置8形成乳化液，流体16可以与其密度和它与另一种流体17的混合比无关地使用在热机1中，与此同时在冷凝装置5处中断排热或进行昂贵的维护工作也可避免。

Claims (9)

1.一种热机(1)，具有导引流体(16)的循环系统(2)，该循环系统(2)包括至少一个能够蒸发流体(16)的蒸发装置(3)，至少一个能够压缩流体(16)的压缩装置(4)，至少一个能够冷凝流体(16)的冷凝装置(5)，能够汇集流体(16)与可借助压缩装置(4)添加到此流体(16)中的另一种流体(17)的汇集装置(6)，以及至少一个能够使流体(16)膨胀的膨胀装置(7)，其特征为：所述汇集装置(6)包括混合装置(8)，借助该混合装置(8)能够将流体(16)与另一种流体(17)混合成乳化液。

2.按照权利要求1所述的热机(1)，其特征为，混合装置(8)沿流体流动方向(10)设置在汇集装置(6)前。

3.按照权利要求1或2所述的热机(1)，其特征为，所述另一种流体(17)成为压缩机油。

4.按照权利要求1至3之一所述的热机(1)，其特征为，混合装置(8)有设计为静力混合器的搅拌器(11)。

5.按照权利要求1至3之一所述的热机(1)，其特征为，汇集装置(6)有磁力搅拌器(12)。

6.按照权利要求5所述的热机(1)，其特征为，磁力搅拌器(12)有多个金属叶片。

7.按照权利要求5或6所述的热机(1)，其特征为，汇集装置(6)有设置在其边缘区(14)的励磁线圈(15)，借助它能够旋转磁力搅拌器(12)。

8.按照权利要求1至7之一所述的热机(1)，其特征为，汇集装置(6)有由非磁性材料构成的收集器(9)。

9.一种运行热机(1)的方法，包括下列步骤：

-借助至少一个蒸发装置(3)蒸发流体(16)，

-借助至少一个压缩装置(4)压缩流体(16)，

-借助至少一个冷凝装置(5)冷凝流体(16)，

-借助包括收集器(9)的汇集装置(6)汇集流体(16)与借助压缩装置(4)添加到此流体中的另一种流体(17)，以及

-借助膨胀装置(7)膨胀流体(16)，

其特征为，汇集装置(6)包括混合装置(8)，它用于将流体(16)与另一种流体(17)混合，以构成乳化液。