CN111981714B - 制冷设备 - Google Patents

Abstract

一种制冷设备，其包括：主制冷剂回路，包括制冷剂依次通过其以闭环循环方式进行循环的正排量式压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器；润滑制冷剂管线，其在冷凝器与膨胀阀之间连接到主制冷剂回路或连接到冷凝器，主制冷剂回路的制冷剂的一部分在润滑制冷剂管线中循环并且该润滑制冷剂管线连接到压缩机以利用制冷剂润滑所述压缩机；连接到润滑制冷剂管线的至少一个润滑制冷剂储存腔室，润滑制冷剂储存腔室被构造成储存用于润滑压缩机的液态制冷剂并且被设置在压缩机内，至少与压缩机的压缩腔室流体连接；以及至少一个冷却装置，其被设置在压缩机内并且被构造成在制冷设备的启动操作之前对储存在所述至少一个润滑制冷剂储存腔室中的制冷剂进行冷却。

Description

制冷设备

技术领域

本发明涉及一种制冷设备。

背景技术

从EP 1 400 765中已知一种制冷设备，其包括制冷剂回路，该制冷剂回路包括螺杆压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。该已知的设备包括旁路流通道，该旁路流通道在所述制冷剂回路的一部分处、在冷凝器与膨胀阀之间分支，该通道穿过节流装置，并且与转子腔室以及螺杆压缩机的轴承连通。压缩机的润滑是通过在回路中也用作制冷剂的相同流体实现的，并且该制冷剂不含油。

为了在制冷设备的待机时间之后启动期间或在首次启动时成功地润滑转子腔室和轴承，必须确保在转子腔室和轴承中以液态存在的最少量的润滑制冷剂，以避免对压缩机造成潜在损坏。在一些情况下，根据压缩机相对于主制冷剂回路的其他部件的位置，液态制冷剂在旁路流通道中的量可能不足以适当地润滑压缩机。在一段待机时间之后，或者在制冷设备的首次启动之前，存在于润滑管线中的液态制冷剂的量可能不足以在首次启动或重新启动时适当地润滑压缩机，或者可能已经朝向主回路的另一部分迁移。例如，液态制冷剂可能已经由于重力而迁移到制冷剂回路的远离压缩机的下部部分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制冷设备，其中，在制冷设备启动期间，保证了制冷剂对压缩机的适当润滑。

为此，本发明涉及一种制冷设备，该制冷设备包括：

-主制冷剂回路，该主制冷剂回路包括正排量式压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，制冷剂依次通过该正排量式压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器以闭环循环的方式进行循环；

-润滑制冷剂管线，该润滑制冷剂管线在冷凝器与膨胀阀之间连接到主制冷剂回路或者连接到冷凝器，主制冷剂回路的制冷剂的一部分在该润滑制冷剂管线中循环，并且该润滑制冷剂管线连接到压缩机，以利用制冷剂对所述压缩机进行润滑。

制冷设备包括：

-至少一个润滑制冷剂储存腔室，其连接到润滑制冷剂管线，润滑制冷剂储存腔室被构造成储存用于润滑压缩机的液态制冷剂，所述至少一个润滑制冷剂储存腔室被设置在压缩机内并且至少与压缩机的压缩腔室流体连接；

-至少一个冷却装置，该至少一个冷却装置被设置在压缩机内并且被构造成在制冷设备的启动操作之前对储存在所述至少一个润滑制冷剂储存腔室中的制冷剂进行冷却。

由于本发明，最少量的润滑制冷剂被保留在压缩机内的腔室中，并且在压缩机的启动操作之前或期间可用。冷却装置保证了润滑制冷剂在腔室中大部分处于液态，以确保充分润滑并且避免在启动期间对压缩机造成潜在损坏。

根据本发明的有利但并非强制性的其他方面，这种制冷设备可包括下述特征中的一个或多个：

-制冷设备包括分布在压缩机内的多个润滑制冷剂储存腔室，所述润滑制冷剂储存腔室中的至少一个与压缩腔室以及压缩机内的至少一个轴承腔室连接。

-制冷设备包括分布在压缩机内的多个润滑制冷剂储存腔室，所述润滑制冷剂储存腔室中的至少一个与压缩腔室连接，并且所述润滑制冷剂储存腔室中的至少一个与压缩机内的轴承腔室连接。

-压缩机包括吸入侧轴承腔室和排放侧轴承腔室，其中，制冷设备包括与吸入侧轴承腔室连接的两个润滑制冷剂储存腔室、与排放侧轴承腔室连接的两个润滑制冷剂储存腔室以及与压缩腔室连接的一个润滑制冷剂储存腔室。

-对于所述润滑制冷剂储存腔室中的每一个，制冷设备包括至少一个冷却装置，该至少一个冷却装置被构造成对储存在所述润滑制冷剂储存腔室中的制冷剂进行冷却。

-该至少一个润滑制冷剂储存腔室由压缩腔室自身形成。

-该至少一个冷却装置包括至少一个热电冷却器。

-制冷设备包括电源单元，该电源单元被构造成在制冷设备的启动操作时向所述至少一个热电冷却器供给电流。

-电源单元被构造成在范围介于几秒至几分钟之间的有限持续时间内向所述至少一个热电冷却器供给电流。

-制冷设备包括散热装置，该散热装置被构造成消散由所述至少一个热电冷却器产生的热量，并且其中，散热装置由压缩机的壳体形成。

-该至少一个冷却装置由磁性冷却器形成。

-制冷设备包括至少一个加热装置，该至少一个加热装置被安装在冷凝器或蒸发器或两者上，并且被构造成对容纳在冷凝器和/或蒸发器中的制冷剂进行加热，以促使液态制冷剂朝向所述至少一个润滑制冷剂储存腔室迁移。

-制冷设备运行无油制冷剂循环。

附图说明

下面参考附图说明根据本发明的并且包括本发明的其他有利特征的示例性实施例，在附图中：

-图1是示出了根据本发明的第一实施例的制冷设备的示意图；

-图2是图1的细节II的放大图；

-图3是示出了根据本发明的第二实施例的制冷设备的示意图；

-图4是示出了根据本发明的第三实施例的制冷设备的示意图。

具体实施方式

图1示出了制冷设备1，其包括主制冷剂回路2，制冷剂通过该主制冷剂回路以闭环循环的方式进行循环。主制冷剂回路2包括四个主要部件：正排量式压缩机4(也称为容积式压缩机)、冷凝器6、膨胀阀8和蒸发器10。制冷剂根据热力循环依次在这四个部件中进行循环。

优选地，在稳态下，在制冷设备1的高负荷运作期间：

-在压缩机4中，制冷剂处于气态，并且从低压被压缩为高压，这使制冷剂的温度从低温升高到高温；

-在将压缩机4连接到冷凝器6的排放管线12中，制冷剂处于气态或基本上处于气态，并且处于高温和高压下；

-在冷凝器6中，制冷剂处于两相状态，包括气态制冷剂和液态制冷剂，并且被冷凝器6冷凝成液态；

-在将冷凝器6连接到膨胀阀8的管线14中，制冷剂处于液态或基本上处于液态，处于高压下，并且可能处于高温下或处于高温与低温之间的温度下；

-在膨胀阀8中，使制冷剂处于低压下，这在使制冷剂蒸发成两相状态的同时将制冷剂的温度降低到低温；

-在将膨胀阀8连接到蒸发器10的管线15中，制冷剂处于两相状态，该两相状态的主要部分是液态并且较小部分是气态，并且制冷剂处于低温和低压下；

-在蒸发器10中，制冷剂处于两相状态，包括气态制冷剂和液态制冷剂，并且被蒸发器10蒸发成气态；

-在将蒸发器10连接到压缩机4的吸入管线16中，制冷剂处于气态或基本上处于气态，处于低压和低温下，或处于低温与高温之间的温度下。

例如，低温约为5℃至10℃之间，高温约为35℃至40℃之间，低压约为3巴至4巴之间，并且高压约为6巴至10巴之间。

考虑到上述情况，主回路2包括由排放管线12、冷凝器6和管线14组成的高压部分以及由管线15、蒸发器10和吸入管线16组成的低压部分。

在主回路2的仅覆盖高压部分的一部分(优选地包括冷凝器6和管线14)的部分中，制冷剂大部分处于液态和高压下。

正排量式压缩机4可以至少在涡旋式压缩机、螺杆压缩机、活塞压缩机、回转式压缩机或罗茨式压缩机之间选择。压缩机4包括转子和轴承。为了确保压缩机4的正确运作，必须对转子和轴承进行润滑。

制冷设备1的制冷剂是被选择为确保制冷和润滑两者的功能的流体材料。优选地，制冷设备1中使用的制冷剂是氢氟烯烃(HFO)，例如R1234ze(1,3,3,3-四氟丙-1-烯)。因此，主制冷剂回路2中不存在润滑油。制冷设备1运行无油制冷剂循环。

在冷凝器6中以及在冷凝器6与膨胀阀8之间，主回路2的制冷剂主要处于液态并且处于高压下，冷凝器6中以及在冷凝器6与膨胀阀8之间是主回路2的其中制冷剂处于待用作润滑剂的最合适的状态的部分。

制冷设备1包括润滑制冷剂管线18，该润滑制冷剂管线连接在冷凝器6与膨胀阀8之间，并且连接到压缩机4，以利用液态制冷剂对所述压缩机4进行润滑。根据未示出的实施例，润滑制冷剂管线18可以例如在冷凝器6的底部区域中连接到冷凝器6。

为了防止可能在首次启动或重新启动期间对压缩机4造成损坏的润滑剂短缺，制冷设备1包括：至少一个润滑制冷剂储存腔室，其被设置在压缩机4内，连接到润滑制冷剂管线18，润滑制冷剂储存腔室被构造成储存用于对压缩机4进行润滑的液态制冷剂；以及至少一个冷却装置，其被构造成在制冷设备1的启动操作之前，对储存在所述至少一个润滑制冷剂储存腔室中的制冷剂进行冷却。该至少一个冷却装置也被设置在压缩机4内。

润滑制冷剂储存腔室被构造成储存用于对压缩机4进行润滑的液态制冷剂。润滑制冷剂储存腔室保留给定量的液态制冷剂并且连接到压缩机4，使得为润滑目的而向压缩机4提供足够量的制冷剂。

在一个实施例中，冷却装置可以是热电冷却器。也被称为“珀尔帖模块”的热电冷却器在被半导体介质隔开的两个板之间产生温度差，电流在该半导体介质中循环。被称为“冷侧”的第一板变得更冷并且可以对另一元件或任何合适的介质进行冷却，而被称为“热侧”的第二板变得更热并且可以对另一元件或任何合适的介质进行加热。

冷却装置允许确保在将制冷剂注入压缩机4之前适当地处于液态，并且产生冷点以引起液态制冷剂自发地朝向储存腔室迁移的现象。该冷点(在这种情况下可以形成制冷设备1的最冷部分)使存在于腔室中的制冷剂的任何气态部分冷凝，从而形成将气态制冷剂和液态制冷剂吸引到腔室中的凹陷。制冷剂的这种自发迁移现象使得不需要在润滑制冷剂管线18中使用额外的泵，因为液态制冷剂朝向腔室的循环是自诱导的。这避免了使用昂贵的部件和额外的流体管线，这可能增加制冷设备的成本并由于额外的移动部件而导致更多的故障。

该至少一个润滑制冷剂储存腔室被设置在压缩机4内，并且至少与压缩机4的压缩腔室47流体连接，在该压缩腔室中，制冷剂在压缩机4的转子和轴承腔室(容纳压缩机4的轴承)的作用下被压缩。

在实施例中，压缩机4是螺杆压缩机。如图1中所示，压缩机4包括由未示出的电源供电的马达40，该马达可以是电动型马达。马达40驱动主轴42，该主轴的旋转由轴承52和56支撑。第一螺杆48被安装在主轴42上并且由主轴42驱动旋转。压缩机4包括副轴44，该副轴的旋转由轴承50和54支撑，并且该副轴驱动第二螺杆46旋转。螺杆46和螺杆48在马达40的作用下以公-母配合的方式啮合在一起。螺杆46和螺杆48形成压缩机4的转子并且位于压缩腔室47中。气态制冷剂从吸入管线16沿着箭头F1进入压缩腔室47。位于压缩腔室47的吸入侧上的轴承50和52被称为吸入轴承。吸入轴承50和52位于压缩机4的形成吸入侧轴承腔室51的腔室中。由啮合的螺杆46和48压缩的气态制冷剂沿着由箭头F2指示的路径从压缩机朝向排放管线12排放。位于压缩腔室47的排放侧上的轴承54和56被称为排放轴承。排放轴承54和56位于压缩机4的形成排放侧轴承腔室55的腔室中。压缩机包括壳体400，马达40、主轴42和副轴44、轴承50、52、54、56以及螺杆46和螺杆48被安装在该壳体中。压缩腔室47、吸入侧轴承腔室51和排放侧轴承腔室55形成在壳体400中。

制冷设备1包括分布在压缩机4内的多个润滑制冷剂储存腔室70，这些润滑制冷剂储存腔室70中的至少一个与压缩腔室47流体连接，并且所述润滑制冷剂储存腔室70中的至少一个与吸入侧轴承腔室51和排放侧轴承腔室55之一连接。

因此，螺杆46和48以及轴承50、52、54、56中的每一个在压缩机4的启动操作之前或期间被提供有储存在润滑制冷剂储存腔室70中的最少量的润滑制冷剂。润滑制冷剂储存腔室70中的每一个与润滑制冷剂管线18流体连接。润滑制冷剂储存腔室70被设置在壳体400中并且通过管72连接到压缩腔室47、吸入侧轴承腔室51和排放侧轴承腔室55，该管72设置在壳体400中，位于腔室70与压缩腔室47、吸入侧轴承腔室51与排放侧轴承腔室55之间。

通往压缩腔室47的管72朝向压缩腔室47的吸入侧定位，并且将润滑制冷剂注入在螺杆46与螺杆48之间，如虚线箭头所示。然后，螺杆46和螺杆48的啮合将制冷剂分布在螺杆46和螺杆48的整个表面上并且朝向压缩腔室47的排放侧分布制冷剂。

在一个实施例中，制冷设备1包括与吸入侧轴承腔室51连接的两个润滑制冷剂储存腔室70、与排放侧轴承腔室55连接的两个润滑制冷剂储存腔室70以及与压缩腔室47连接的一个润滑制冷剂储存腔室70。这些腔室70中的每一个与至少一个热电冷却器74相关联，该至少一个热电冷却器被构造成对储存在这些腔室70中的制冷剂进行冷却。

在一个实施例中，对于每个润滑制冷剂储存腔室70，提供了两个热电冷却器74，这两个热电冷却器被构造成对储存在所述润滑制冷剂储存腔室70中的制冷剂进行冷却。

如图2中更详细地示出的，每个腔室70可以包括将腔室70连接到壳体400的孔402的管76，所述孔402与润滑制冷剂管线18流体连接。热电冷却器74可以围绕管76设置，其中，冷侧74A位于管76中或者形成管76的一部分，并且热侧74B以与管76相对的方式被安装在壳体400中。因此，在腔室70中流动的制冷剂被冷却，使得鉴于即将开始的启动操作，储存在腔室70中的制冷剂适当地处于液态。

如图2中所示，制冷设备1可以包括电源单元PSU，该电源单元被构造成在制冷设备1的启动操作时向热电冷却器74供给电流。电源单元PSU可以由制冷设备1的控制单元CU控制。在启动操作时，控制单元CU控制电源单元PSU以将电流供给到热电冷却器74。一旦启动操作结束，就可以通过命令由电源单元PSU停止供给电流来停用热电冷却器74。热电冷却器74可以在例如范围介于几秒到几分钟之间的有限持续时间内被激活，该有限持续时间这取决于对润滑制冷剂的需求。

压缩机4的壳体400形成散热装置，该散热装置消散由热电冷却器74的热侧74B产生的热量。壳体400通常由金属材料制成，并且可以被空气包围以用于压缩机4的冷却目的，从而允许周围空气中的热消散。将壳体400用作散热装置避免了对额外的散热器的需要，该额外的散热器可能增加制冷设备1的成本。

被容纳在压缩机4内的腔室70和热电冷却器74避免了使用用于储存润滑剂的额外的外部装置，并且降低了制冷设备1的成本。

在未示出的实施例中，腔室70可以包括检测装置，以监测腔室70中的液态制冷剂的液位L70。这些检测装置可以包括例如光学传感器、浮子或任何其他便利的装置。检测装置可以检测润滑制冷剂的低液位或被请求允许压缩机4启动的高液位。由检测装置获得的液位测量值可以被传送到控制单元CU，以允许或禁止压缩机4的启动。

根据未示出的实施例，热电冷却器74可以被设置在腔室70内，使得可以对已经被容纳在腔室70中的制冷剂进行冷却。

与压缩腔室47以及轴承腔室51和55连通的润滑制冷剂腔室70的数量可以不同，并且与这些腔室70中的每一个相关联的热电冷却器74的数量可以不同。

根据实施例，制冷设备1可以包括制冷剂排放管线80，该制冷剂排放管线回收轴承腔室中、例如排放侧轴承腔室55中的制冷剂并且朝向蒸发器10、或者朝向将膨胀阀8连接到蒸发器10的管线15或者朝向制冷剂主回路2的任何低压部段引导所回收的制冷剂。

在图3和图4中示出了本发明的第二实施例和第三实施例。在这些实施例中，与图1和图2的实施例共有的元件具有相同的附图标记并且以相同的方式工作。

在图3中，至少一个润滑制冷剂储存腔室由压缩腔室47形成。压缩腔室47形成已经存在于压缩机4内并且能够在待机期间储存一定量的制冷剂的腔室。因此，经由管72进入压缩腔室47的制冷剂被热电冷却器74冷却，从而为即将开始的启动将液态润滑剂储存在压缩腔室47中。

在图4中，轴承腔室51和55没有设置制冷剂腔室70。使用润滑制冷剂储存腔室和冷却装置仅对压缩腔室47进行润滑。轴承50、52、54、56可以由含有制冷剂、油的未示出的装置(在这种情况下，具有与压缩腔室47和主回路2流体隔绝的轴承腔室51和55)或者任何便利的装置进行润滑。

在未示出的实施例中，制冷设备可以如图3所示的那样仅包括由压缩腔室47形成的一个润滑制冷剂储存腔室，并且如图4所示的那样不具有专用于轴承的腔室。

根据未示出的实施例，润滑制冷剂储存腔室70中的至少一个可以连接到压缩腔室47以及连接到轴承腔室51和55之一。

根据本发明的未示出的实施例，用于对储存在润滑制冷剂储存腔室70或压缩腔室47中的制冷剂进行冷却的冷却装置可以包括磁性冷却装置或任何其他合适的装置。

根据可选的实施例，制冷设备1可以包括至少一个加热装置，该至少一个加热装置被安装在冷凝器6或蒸发器10的外壳或两者上，并且被构造成对容纳在冷凝器6和/或蒸发器10中的制冷剂进行加热，以促使液态制冷剂朝向润滑制冷剂储存腔室迁移。例如，制冷设备1可以包括由安装在蒸发器10的未示出的外壳上的加热带28形成的加热装置以及由安装在冷凝器6的未示出的外壳上的加热带30形成的加热装置。加热带28和30可以是被构造成在制冷设备1的启动之前或期间被供给电流的电气装置。加热带28和30产生热量，使得蒸发器10和冷凝器6的外壳中的制冷剂变得比存在于主回路2和润滑制冷剂管线18的其他位置处的制冷剂更热，并且自发地朝向润滑制冷剂储存腔室70迁移。

在权利要求的范围内，上文描述的实施例的技术特征和变型可以结合以形成新的实施例。

Claims (10)

1.一种制冷设备，所述制冷设备包括：

-主制冷剂回路，所述主制冷剂回路包括正排量式压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，其中制冷剂依次通过所述主制冷剂回路以闭环循环的方式进行循环；

-润滑制冷剂管线，所述润滑制冷剂管线在所述冷凝器与所述膨胀阀之间连接到所述主制冷剂回路或者连接到所述冷凝器，所述润滑制冷剂管线使所述主制冷剂回路的制冷剂的一部分循环，并且所述润滑制冷剂管线连接到所述压缩机，以利用所述制冷剂对所述压缩机进行润滑；

其中，所述制冷设备包括：

-至少一个润滑制冷剂储存腔室，所述至少一个润滑制冷剂储存腔室连接到所述润滑制冷剂管线，所述润滑制冷剂储存腔室被构造成储存用于润滑所述压缩机的液态制冷剂，所述至少一个润滑制冷剂储存腔室被设置在所述压缩机内并且至少与所述压缩机的压缩腔室流体连接；

-至少一个电驱动的冷却装置，所述至少一个冷却装置被设置在所述压缩机内，并且被构造成在所述制冷设备的启动操作之前对储存在所述至少一个润滑制冷剂储存腔室中的制冷剂进行冷却，其中所述至少一个润滑制冷剂储存腔室包括将所述至少一个腔室连接到所述压缩机的壳体的孔的管，所述孔与所述润滑制冷剂管线流体连接，并且其中所述至少一个冷却装置包括至少一个热电冷却器，所述至少一个热电冷却器围绕所述管设置，并且冷侧位于所述管中或形成所述管的一部分，而热侧以与所述管相对的方式被安装在所述壳体中。

2.根据权利要求1所述的制冷设备，其中，所述制冷设备包括分布在所述压缩机内的多个润滑制冷剂储存腔室，所述润滑制冷剂储存腔室中的至少一个与所述压缩腔室以及所述压缩机内的至少一个轴承腔室连接。

3.根据权利要求1或2所述的制冷设备，其中，所述制冷设备包括分布在所述压缩机内的多个润滑制冷剂储存腔室，所述润滑制冷剂储存腔室中的至少一个与所述压缩腔室连接，并且所述润滑制冷剂储存腔室中的至少一个与所述压缩机内的轴承腔室连接。

4.根据权利要求3所述的制冷设备，其中，所述轴承腔室包括吸入侧轴承腔室和排放侧轴承腔室，其中，所述制冷设备包括与所述吸入侧轴承腔室连接的两个润滑制冷剂储存腔室、与所述排放侧轴承腔室连接的两个润滑制冷剂储存腔室以及与所述压缩腔室连接的一个润滑制冷剂储存腔室。

5.根据权利要求1所述的制冷设备，其中，所述至少一个润滑制冷剂储存腔室由所述压缩腔室自身形成。

6.根据权利要求1所述的制冷设备，其中，所述制冷设备包括电源单元(PSU)，所述电源单元被构造成在所述制冷设备的所述启动操作时向所述至少一个热电冷却器供给电流。

7.根据权利要求6所述的制冷设备，其中，所述电源单元(PSU)被构造成在范围介于几秒至几分钟之间的有限持续时间内向所述至少一个热电冷却器供给电流。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的制冷设备，其中，所述制冷设备包括散热装置，所述散热装置被构造成消散由所述至少一个热电冷却器产生的热量(H)，并且其中，所述散热装置由所述压缩机的壳体形成。

9.根据权利要求1所述的制冷设备，其中，所述制冷设备包括至少一个加热装置，所述至少一个加热装置被安装在所述冷凝器或所述蒸发器或两者上，并且被构造成对容纳在所述冷凝器和/或所述蒸发器中的制冷剂进行加热，以促使液态制冷剂朝向所述至少一个润滑制冷剂储存腔室迁移。

10.根据权利要求1所述的制冷设备，其中，所述制冷设备运行无油制冷剂循环。