CN117242262A - 压缩机、特别是制冷剂压缩机、制冷机器以及用于制造压缩机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩机(V)、特别是制冷剂压缩机，该压缩机包括低压区域(1)和高压区域(2)，其中：在低压区域(1)中提供润滑剂(S)以用于润滑压缩机；将流体(F)从低压区域(1)传送到高压区域(2)中并进行压缩，润滑剂(S)中的一些润滑剂与来自低压区域(1)的流体(F)一起到达到高压区域(2)中；在高压区域(2)中设置有润滑剂分离器(21)，该润滑剂分离器用于将润滑剂(S)从流体‑润滑剂混合物中分离；设置有润滑剂回流通道(3)，该润滑剂回流通道用于将分离的润滑剂(S)从高压区域(2)输送至低压区域(1)；并且润滑剂回流通道(3)包括流体二极管(31)。本发明还涉及一种包括彼此流体连接的压缩机(V)、气体冷却器(G)、膨胀阀(E)和蒸发器(D)的制冷机器，其特征在于根据前述权利要求中的至少一项所述的压缩机(V)。本发明还涉及一种用于制造根据前述权利要求中的至少一项所述的压缩机(V)的方法，其中，对流体二极管(31)进行限定的通道几何形状、特别是润滑剂回流通道(3)的内壁的设计借助于冲压、蚀刻或侵蚀来产生。

Description

压缩机、特别是制冷剂压缩机、制冷机器以及用于制造压缩机 的方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的压缩机、根据权利要求10的前序部分的制冷机器以及根据权利要求11的前序部分的用于制造压缩机的方法。

压缩机是一种向封闭气体提供机械功的机器、特别是流体能量机器。压缩机通常用于压缩气体。压缩机优选地增加气体的压力和密度。

压缩机或压缩机的移动部件通常借助于润滑剂、比如说例如油来润滑。在这种情况下，意在被压缩的流体和润滑剂的混合物、特别是如气溶胶在大多数情况下是不可避免的。润滑剂的雾化例如可以通过由润滑剂移动的部件(凸轮/连杆等)引起。润滑剂作为流体润滑剂气溶胶分布在流体回路、特别是高压区域HD和低压区域ND中，并且不再可用于例如润滑压缩机部件。在适用的情况下，润滑剂贮存室可能会被耗尽。

在这种情况下，通过将润滑剂从流体润滑剂气溶胶中分离、特别地在HD区域和ND区域两者中从流体润滑剂气溶胶中分离而提供了帮助。在HD区域中分离的润滑剂必须随后回流至ND区域。然而，这总是意味着HD与ND之间的流体“短路”并且因此导致压缩机的损耗/功率损耗。

为了克服该问题，例如，DE102015224071公开了一种压缩机，该压缩机包括用于利用润滑剂润滑压缩机的部件的润滑剂系统。压缩机具有低压区域、特别地呈机房的形式的低压区域和具有压缩机输出部的高压区域。在压缩机的操作期间，低压区域中的润滑剂与流体接触，使得形成流体和润滑剂的流体混合物。此外，压缩机包括用于压缩流体混合物的压缩机装置。为了确保润滑剂在压缩机中的可靠再循环，压缩机包括润滑剂回流部，该润滑剂回部将HD区域流体连接至ND区域并且能够实现润滑剂回流。因此，润滑剂回流部表示压缩机单元或活塞装置的一种类型的旁路。为此目的，第一润滑剂回流部布置在高压区域中，并且第二润滑剂回流部布置在低压区域中。两个润滑剂回流部彼此流体连接，以便能够借助于阀装置进行控制。因此，阀装置控制压缩机的高压区域与低压区域的分离/压缩机的高压区域至低压区域的连接。阀装置可以至少根据流动力独立地调节通流横截面。流动力由流动通过阀装置的流体混合物产生。

在该解决方案的情况下，对于润滑剂从高压区域回流到低压区域中的应当特别提及的缺点是，使用了许多移动部件，使得可以预期高磨损以及也可以预期高的生产成本。此外，必须调节阀装置，由此又在操作期间可能出现不确定性。还存在阀装置被堵塞的风险，使得实际上不再出现润滑剂回流。还可能发生经由阀装置的不受控制的压力损失，使得大量的流体将经由阀回流。

这是本发明的出发点，并且本发明的目的是提供一种改进的压缩机，特别地提出一种下述压缩机：其中，上述问题中的至少一些问题、优选地所有问题可以被克服，并且至少可以被减少。特别地，意在提出一种压缩机，在该压缩机中，至少对于润滑剂回流部而言，使用少量移动部件至根本不使用移动部件，这需要关于润滑剂回流部的低调节或者甚至不需要调节，并且其中，可以最大可能程度地消除润滑剂回流的堵塞。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的表征特征的压缩机来实现。由于润滑剂回流通道包括流体二极管的事实，例如，可以省去受控阀或连接阀，在适用的情况下，省去用于确定在阀的上游存在的流体的传感器系统和所需的电子控制装置。另外，不存在移动部件，由此原则上排除了磨损。在有利的结构构型中，几乎不允许任何流体，而主要是润滑剂从高压区域通过至低压区域。由于颗粒造成堵塞的风险借助于敞开的几何形状来降低。原则上也不需要调节流体二极管。优选地，阻挡行为在结构上借助于节流位置的长度和/或几何形状、也就是说流体二极管的长度和/或几何形状来确定。

基本概念是在一个流动方向上的流动阻力小于在相反方向上的流动阻力。这意在导致流体接受优选的方向或流体仅沿一个方向流动。这意在借助于如下结构来实现：该结构在一个方向上实现相当的层流流动，但是在相反的方向上由于涡流而导致湍流并且因此增加流动阻力。对于这种阀内部的每个位置，在输出的方向上的流动阻力非常低，而在输入的方向上的流动阻力非常高。因此，该装置也被称为“流体二极管”。根据本发明，这种流体二极管在阻挡方向上被操作为制冷剂压缩机的高压区域和低压区域的连接部或在连接部(润滑剂回流通道)中操作。也就是说，从高压区域流入到低压区域中的流体由取决于相应的流体并且因此取决于相应的材料特性/物理特性的阻力而阻碍。因此，润滑剂由比制冷剂更低的阻力阻碍。

特别地从从属权利要求的特征将理解所提出的本发明的其他有利实施方式。各种权利要求的主题或特征的各方面原则上可以自由地彼此组合。

在本发明的有利实施方式中，可以规定的是，润滑剂回流通道具有心形形状或偏心形形状内壁，以便形成流体二极管。这种结构有利地适于构造流体二极管，特别是具有上述特性的流体二极管。

在本发明的另一有利实施方式中，可以规定的是，润滑剂回流通道被引入到金属板中。金属板可以例如以简单的方式集成在压缩机中，例如作为压缩机的壳体中的中间板。

在本发明的另一有利实施方式中，可以规定的是，润滑剂回流通道以半圆形的方式构造。以这种方式，例如，可以以简单的方式实施圆筒形壳体中的集成，其中，润滑剂回流通道的输入部和输出部可以布置成例如在周向方向上偏移180°。

在本发明的另一有利实施方式中，可以规定的是，润滑剂回流通道形成在压缩机的壳体中的平面分隔面、密封面和/或密封件中。以这种方式，润滑剂回流通道可以有利地集成在压缩机壳体中。

在本发明的另一有利实施方式中，可以规定的是，流体是制冷剂、特别是超临界CO2。

在本发明的另一有利实施方式中，可以规定的是，润滑剂油为油。

在本发明的另一有利实施方式中，可以规定的是，对流体二极管意义重大的通道几何形状、特别是润滑剂回流通道的内壁的构型已经借助于冲压、蚀刻或侵蚀产生。上述措施是用于润滑剂回流通道的构型的有利制造方法。

在本发明的另一有利实施方式中，可以规定的是，润滑剂回流通道具有作为单独部件的流体二极管并且/或者润滑剂回流通道至少部分地呈流体二极管的形式。

本发明的另一目的是提供一种改进的制冷机器。

根据本发明，该目的通过具有权利要求10的表征特征的制冷机器来实现。由此，根据本发明的压缩机的优点可以用于制冷机器、例如机动车辆中的空气调节系统。

本发明的另一目的是提供一种用于制造根据本发明的压缩机的有利方法。

根据本发明，该目的通过利用权利要求11的表征特征来制造压缩机的方法来实现。

由于对流体二极管意义重大的通道几何形状、特别是润滑剂回流通道的内壁的构型已经借助于冲压、蚀刻或侵蚀产生的事实，因此可以提出一种在技术生产方面简单的方法。

本发明的其他特征和优点将参照优选实施实施方式的以下描述和附图来理解，在附图中：

图1示出了具有根据本发明的压缩机的制冷机器的示意图；

图2以截面图示出了流体二极管；

图3a示出了根据本发明的压缩机的流体二极管的示例性表面结构，该示例性表面结构具有流体的指示的运动轮廓；

图3b示出了根据本发明的压缩机的流体二极管的示例性表面结构，该示例性表面结构具有润滑剂的指示的运动轮廓；

图4示出了根据本发明的具有铣削的流体二极管的压缩机的壳体部件；

图5示出了根据图4的细节“X”；

图6示出了用于根据本发明的压缩机的壳体的一部分(壳体中的分隔面)；

图7以截面示意图示出了根据本发明的压缩机。

在附图中使用以下附图标记：

V 压缩机

G 气体冷却器

E 膨胀阀

D 蒸发器

S 润滑剂、特别是油

F 流体、特别是制冷剂

1 低压区域

2 高压区域

3润滑剂回流通道

4压缩机壳体

5电动马达(驱动装置)

11润滑剂贮存室

12低压输入部

13具有入口阀的活塞盖

14活塞

15偏心轴

16筒形壳体

17工作空间

21润滑剂分离器

22高压输出部

23出口阀

24通道

31流体二极管

32密封件/密封环

41压缩机壳体的一部分

42压缩机壳体的一部分

将首先参照图1。

根据本发明的压缩机V、特别是制冷剂压缩机例如是制冷机器、比如说例如空气调节系统的一部分。这种制冷机器除了压缩机V之外，通常还包括气体冷却器G、膨胀阀E和蒸发器D。上述部件彼此流体连接，也就是说，流体F、比如优选地冷却流体在压缩机V中被压缩，通过压缩机V的高压输出部22到达气体冷却器G，并且从气体冷却器G行进至膨胀阀E，并从膨胀阀E进入到蒸发器D中。流体从蒸发器D经由压缩机V的低压输入部12再次被引入。这种制冷机器对于本领域技术人员而言是充分已知的，使得在这种情况下不需要附加解释。

压缩机V可以例如是活塞式压缩机、特别是轴向活塞式压缩机、径向活塞式压缩机或涡旋式压缩机。

压缩机具有低压区域1和高压区域2。在压缩机V中，特别是在压缩机V的低压区域1中，润滑剂S、比如说例如油用于润滑低压区域1的可移动部件。

压缩机V的低压区域1包括例如用于供应至压缩机的流体或制冷剂所用的低压输入部12。压缩机V特别地还包括驱动电机5或用于连接外部驱动装置的轴。例如图7中所示出的压缩机包括两个壳体部分41、42。筒形壳体16形成筒形件，活塞14可移动地布置在筒形件中。这些活塞14可以由偏心轴驱动。筒形件以及因此还有可以在筒形件中移动的活塞14相对于偏心轴径向延伸或径向布置。具有入口阀的盖13、活塞14和筒形件形成工作空间17或压缩空间。流体经由入口阀从低压区域1被抽取，在工作空间17中被压缩，并且由出口阀23排放到通道24中，并且因此进入到压缩机的高压区域中。冷凝或压缩的流体可以包含润滑剂S，润滑剂S可以例如在边缘处或在流体的流动方向改变时被分离。这通常也发生在润滑剂分离器21中。润滑剂分离器21不必是单独的部件。相反，其中润滑剂可以例如在边缘或重新引导的部分处被分离的任何几何形状原则上可以被认为是润滑剂分离器21、特别是用于流体重新引导或改变流动速度等的几何形状。分离的润滑剂S然后积聚在通道24中。可以经由高压连接部22将压缩的流体从压缩机导引至制冷剂回路的附加部件。优选地，润滑剂分离器21布置在高压连接部22的上游，使得流体可以经由润滑剂分离器21和来自压缩机的高压输出部被引导。为了能够将润滑剂S从压缩机的高压区域2导引到低压区域1中，设置有至少一个润滑剂回流通道3。这样的润滑剂回流通道3可以呈流体二极管31的形式，或者具有作为单独部件的这种流体二极管31，如图7中所指示的。多个流体二极管31也可以布置在润滑剂回流通道3中，以便实现期望的特性。润滑剂回流通道3也可以形成在压缩机V的两个壳体部分之间，例如也形成在密封件中。例如，如图6和图7所示，在压缩机壳体42的一部分与筒形壳体16之间布置或形成有这样的密封件32。在密封件32中，形成例如流体二极管的几何形状。在安装状态下，密封件32与相邻的部件、比如说例如壳体部分42和筒形壳体16一起形成润滑剂回流通道3。

为了将该润滑剂S积聚或储存在压缩机V、特别是低压区域1中，低压区域1可以设置有润滑剂贮存器11。

在意在被压缩的流体F的压缩期间，润滑剂的一部分与流体F一起到达高压区域2。为了将润滑剂S从流体/润滑剂混合物中分离，可以设置润滑剂分离器21。原则上，压缩机V中的润滑剂S可以在流体润滑剂混合物的任何重新引导或横截面改变时分离。

为了将润滑剂S从高压区域2输送回到低压区域1中，在高压区域2、特别是高压区域中的润滑剂分离器3与低压区域1、特别是低压区域中的润滑剂贮存器11之间设置有润滑剂回流通道3。压缩机V可以设置有用于接收或形成上述部件的压缩机壳体4。

根据本发明，规定的是，润滑剂回流通道3包括流体二极管31。原则上，流体二极管31包括提供与流动介质相反的通流阻力的几何形状，通流阻力根据方向而不同。流体二极管也被称为特斯拉阀。换句话说，润滑剂回流通道3至少部分地构造成是介质选择性的，或者呈介质选择性节流阀的形式，也就是说，使用材料特性的差异，由此特别是气态流体F、优选地制冷剂以及特别是液体润滑剂S在从高压区域2穿过润滑剂回流通道3到达低压区域1时经受不同的流动阻力。特别地对于流体F、特别是对于气态流体存在高阻力，由此很少的流体F从高压区域2经由润滑剂回流通道到达低压区域1。流体F优选地为制冷剂、比如说例如超临界CO2。与流体F相比，特别是在分离器3之后以液体形式存在的润滑剂S在穿过流体二极管31时经受较低的流动阻力。

图2、图3a和图3b图示了流体二极管或流动路径的示例。

流体导引件31或润滑剂回流通道3的呈流体二极管的形式的部分可以特别地由以下细节来表征。

为了选择性地构造流动阻力，润滑剂回流通道3例如被引入到金属板中。流动导引件特别地以非恒定横截面实施，并且优选地具有沿着任何展开曲线的重复的基部轮廓。流体F、特别是制冷剂和润滑剂S因此被迫进入到具有循环副流的蜿蜒主流中。

润滑剂回流通道3具有类似于“特斯拉阀”或流体二极管的几何形状，并且在这种情况下可以说是在“阻挡方向”上操作，由此特别是在从高压区域2至低压区域1的流动方向上产生高阻力。另外，使用了材料特性的差异。材料特性或不同的物理特性可以例如是密度、粘度或压缩性。这些不同的物理特性在特定的压降下需要不同配置的流动特性、比如用于相应的介质的流动速度和湍流度。

气态流体F、特别是制冷剂在流体二极管31中被显著地重新引导，气态流体F特别地更有力地进入到润滑剂回流通道3的呈流体二极管31的形式的部分的“轮廓拐角”中。流体F、特别是气态流体的动能在重新引导期间被部分地耗散。特别地，气流中的湍流度更大，由此导致更高的流动阻力。气态流体F具有高速度，这特别是密度的结果。膨胀气体具有显著更高的流动速度。

以液体状态存在的润滑剂S不像存在的气态流体F、特别是气态制冷剂那样被显著地重新引导。润滑剂S可以以几乎恒定的速度和较低的湍流度通过流体二极管31、特别是流体二极管的轮廓。因此，在此起作用的流动阻力较小。

例如，心形形状的、以特别优选的方式的偏心形形状的结构可以被认为是流体二极管31的实施方式或润滑剂回流通道3的内壁的实施方式。然而，其他形式的轮廓是可以想象的并且原则上被称为“流体二极管”。润滑剂回流通道3的长度优选地是各个构型的问题。原则上，任何数目的这种单元可以串联连接。润滑剂回流通道3本身可以构造成具有不同的几何形状，特别地构造为半圆形(例如，参见图4和图5)。特别地由于压缩机中的相应的空间关系，润滑剂回流通道3、特别是呈流体二极管31的形式的部分也可以呈折叠部或其他布置的形式。

优选地，润滑剂回流通道3构造在压缩机V的壳体中的平面分隔面、密封面和/或密封件32中。这种构型可以以结构简单的方式集成在压缩机中并且需要很少的结构空间。图6中特别地图示了这种构型。

对于流体二极管意义重大的通道几何形状、特别是内壁的构型可以借助于冲压、蚀刻或侵蚀在平面分隔面中产生。

润滑剂回流通道3、特别是流体二极管31的内壁的基本轮廓的重复次数以及轮廓的高度或板厚度可以适应相应的节流功能的要求。

在这种情况下，结合方法描述的特征和细节也自然地适用于结合根据本发明的设备，并且结合设备描述的特征和细节也自然地适用于结合根据本发明的方法，使得关于涉及本发明的各个方面的公开，进行或可以总是进行相互参考。此外，在适用的情况下，根据本发明的所描述的方法可以通过根据本发明的设备来进行。

本文中所使用的术语仅用于描述具体实施方式而不应当限制本公开。如本文中所使用的，单数形式“一/一种”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文另有明确标识。附加地，将应当清楚的是，术语“具有”和/或“包括”在本说明书中使用时指明所提及的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列元件中的一者或更多者的任意组合和所有组合。

例如，制冷剂可以被认为是意在被压缩的流体。在这方面，压缩机可以优选地呈制冷剂压缩机的形式。

Claims (11)

1.一种压缩机(V)、特别是制冷剂压缩机，包括：

-低压区域(1)以及

-高压区域(2)，其中

-在所述低压区域(1)中提供润滑剂(S)，以便润滑所述压缩机，其中

-将流体(F)从所述低压区域(1)传送到所述高压区域(2)中并进行压缩，其中，来自所述低压区域(1)的所述润滑剂(S)的一部分与所述流体(F)一起到达所述高压区域(2)，其中

-设置润滑剂分离器(21)，所述润滑剂分离器(21)用于从所述高压区域(2)中的流体/润滑剂混合物中分离所述润滑剂(S)，其中

-设置润滑剂回流通道(3)，所述润滑剂回流通道(3)用于将所分离的润滑剂(S)从所述高压区域(2)输送到所述低压区域(1)中，

其特征在于，

所述润滑剂回流通道(3)包括流体二极管(31)。

2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述润滑剂回流通道(3)为了形成流体二极管(31)而具有心形形状或偏心形形状内壁。

3.根据前述权利要求中的至少一项所述的压缩机，其特征在于，所述润滑剂回流通道(3)被引入到金属板中。

4.根据前述权利要求中的至少一项所述的压缩机，其特征在于，所述润滑剂回流通道(3)以半圆形的方式构造。

5.根据前述权利要求中的至少一项所述的压缩机，其特征在于，所述润滑剂回流通道(3)形成在所述压缩机(V)的壳体(4)中的平面分隔面、密封面和/或密封件(32)中。

6.根据前述权利要求中的至少一项所述的压缩机，其特征在于，所述流体(F)是制冷剂、特别是超临界CO2。

7.根据前述权利要求中的至少一项所述的压缩机，其特征在于，所述润滑剂(S)是油。

8.根据前述权利要求中的至少一项所述的压缩机，其特征在于，对于所述流体二极管(31)意义重大的通道几何形状、特别是所述润滑剂回流通道(3)的所述内壁的构型已经借助于冲压、蚀刻或侵蚀产生。

9.根据前述权利要求中的至少一项所述的压缩机，其特征在于，所述润滑剂回流通道(3)具有作为单独部件的流体二极管(31)并且/或者所述润滑剂回流通道(3)至少部分地呈流体二极管(31)的形式。

10.一种制冷机器，包括彼此流体连接的压缩机(V)、气体冷却器(G)、膨胀阀(E)和蒸发器(D)，所述制冷机器具有根据前述权利要求中的至少一项所述的压缩机(V)。

11.一种用于制造根据前述权利要求中的至少一项所述的压缩机(V)的方法，其特征在于，对所述流体二极管(31)意义重大的所述通道几何形状、特别是所述润滑剂回流通道(3)的所述内壁的构型借助于冲压、蚀刻或侵蚀产生。