制冷设备及制冷设备的用途的制作方法

本发明涉及一种制冷设备以及所述制冷设备的用途。

本发明涉及对制冷剂实施热力循环以产生制冷效果的机器领域。

背景技术：

从ep1400765a2已知一种制冷设备，其包括制冷剂通道，该制冷剂通道包括螺杆压缩机、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通道的一部分处、在冷凝器与膨胀阀之间分支，通过节流装置引导制冷剂，并且与螺杆压缩机的转子腔室连通。转子腔室的润滑是通过在通道中也用作制冷剂的相同流体实现的，并且制冷剂不含油。

为了成功地润滑转子腔室，必须确保到达转子腔室的大部分制冷剂处于液态。当制冷设备在高负荷(特别是对应于制冷剂的高流量)下运作时通常是这种情况。当制冷设备在满负荷下运作时，由冷凝器排放的制冷剂通常完全处于液态，或者处于两相状态，而很少比例的制冷剂处于气态。

然而，如果对制冷的需求较低，则设备可以在低负荷(特别是包括较小流量的制冷剂)下运作。在设备的低负荷运作期间，可能发生的是，通过旁路流通道进行循环的制冷剂不完全处于液态，并且含有不可忽略的比例的处于气态的制冷剂，或者甚至含有高比例的处于气态的制冷剂。由于处于气态的制冷剂不能充分润滑压缩机，因此在设备的低负荷运作期间，由于缺乏润滑而存在损坏或破坏压缩机的风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种制冷设备，其中，即使在制冷设备的低负荷运作期间，也能够借助于制冷剂获得对压缩机的令人满意的润滑。

本发明的目的在于提供一种制冷设备，该制冷设备包括主回路，该主回路包括：

-压缩机，该压缩机包括压缩机入口和压缩机出口，

-冷凝器，该冷凝器包括连接到压缩机出口的冷凝器入口，以及冷凝器出口，

-膨胀阀，该膨胀阀包括连接到冷凝器出口的阀入口，以及阀出口，以及

-蒸发器，该蒸发器包括连接到阀出口的蒸发器入口以及连接到压缩机入口的蒸发器出口。

根据本发明，主回路被构造成用于使制冷剂的主流依次通过压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器进行环路循环。

根据本发明，制冷设备进一步包括润滑支路，该润滑支路包括：

-润滑入口，该润滑入口连接到主回路的供应部分，供应部分包括冷凝器、阀入口以及主回路的在冷凝器出口与阀入口之间的任何部分，润滑入口被构造成从通过供应部分进行循环的制冷剂的主流中导出润滑流；以及

-润滑出口，该润滑出口连接到压缩机，以向压缩机供给润滑流，用于利用制冷剂的润滑流对所述压缩机进行润滑。

根据本发明，主回路包括低温部分，该低温部分由蒸发器、压缩机入口以及主回路的在蒸发器出口与压缩机入口之间的任何部分。

根据本发明，润滑支路进一步包括过冷却热交换器，该过冷却热交换器被构造成使得能够在通过润滑支路进行循环的润滑流与通过低温部分进行循环的制冷剂的主流之间进行热交换，使得润滑流可以在过冷却热交换器内被通过低温部分进行循环的制冷剂的主流冷却。

由于本发明，在将润滑流引入压缩机之前，通过蒸发器进行循环的制冷剂的主流通过过冷却热交换器对用于润滑压缩机的制冷剂的润滑流进行冷却。因此，过冷却热交换器确保制冷剂的润滑流呈液体形式，或者确保润滑流含有足够的呈液体形式的制冷剂，以实现对压缩机的充分润滑。通过蒸发器进行循环的制冷剂的主流是制冷设备的热力循环的阶段，在该阶段中，制冷剂在主回路中处于最低温度下，这使得能够有效地冷却润滑流。由于过冷却热交换器位于蒸发器的内部，因此该过冷却热交换器可以容易地被构造成通过使蒸发器的两相状态的制冷剂与过冷却热交换器接触来增强流过蒸发器的制冷剂的蒸发。

下面定义了本发明的其他有利特征：

-过冷却热交换器被构造成使得能够在通过润滑支路进行循环的润滑流与通过蒸发器出口进行循环的制冷剂的主流之间进行热交换。

-蒸发器包括：蒸发器箱，该蒸发器箱连接到蒸发器入口，使得制冷剂的主流进入蒸发器箱内；以及出口管，该出口管形成蒸发器出口并且连接在蒸发器箱的顶部处；其中，过冷却热交换器被安装在出口管内，使得当制冷剂的所述主流通过蒸发器出口排出时，蒸发器的制冷剂的主流可以沿着过冷却热交换器流动；并且其中，润滑支路包括：入口管，该入口管将润滑入口连接到过冷却热交换器并且延伸穿过出口管的连接壁；以及出口管，该出口管将过冷却热交换器连接到润滑出口并且延伸穿过出口管的连接壁。

-连接壁由出口管的周边壁形成。

-出口管包括顶孔以及封闭顶孔的可移除的盖，可移除的盖包括连接壁，入口管和出口管延伸穿过该连接壁。

-过冷却热交换器小于顶孔。

-过冷却热交换器包括至少一个竖直的直管，其均沿着出口管平行于出口管延伸。

-过冷却热交换器包括至少一个带翅片的管，每个带翅片的管优选地水平地定向并且优选地包括竖直地定向的翅片板。

-过冷却热交换器包括至少一个盘管。

-润滑支路包括旁路子支路，该旁路子支路在蒸发器的外部延伸，在过冷却热交换器的上游连接到润滑入口以从通过润滑支路进行循环的润滑流中导出旁路流，并且在过冷却热交换器的下游连接到润滑出口，以向压缩机供给旁路流。

-为了连接到供应部分，润滑入口被连接到冷凝器的底部。

-压缩机是正排量式压缩机。

-压缩机是包括两个啮合的螺杆转子和轴承的螺杆压缩机，螺杆转子被轴承支撑；并且润滑出口连接到压缩机，以供给轴承和螺杆转子，以对所述轴承和螺杆转子进行润滑。

本发明还涉及如上文所限定的制冷设备的用途，该用途包括：

-制冷剂的主流依次通过压缩机入口、压缩机、压缩机出口、冷凝器入口、冷凝器、冷凝器出口、阀入口、膨胀阀、阀出口、蒸发器入口、蒸发器和蒸发器出口进行闭环循环，

-通过润滑入口从通过供应部分进行循环的制冷剂的主流中导出润滑流，

-润滑流以依次通过润滑入口、过冷却热交换器和润滑出口的方式通过润滑支路进行循环，

-借助于过冷却热交换器在通过低温部分进行循环的制冷剂的主流与通过润滑支路进行循环的润滑流之间进行热交换，使得润滑流被通过低温部分进行循环的制冷剂的主流冷却，以及

-通过润滑出口向压缩机供给在过冷却热交换器中被冷却的润滑流，以对压缩机进行润滑。

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，其中：

-图1是示出了根据本发明的制冷设备的第一实施例的示意图；

-图2是仅示出了图1的制冷设备的一部分的示意图；

-图3是与图2类似的示意图，仅示出了根据本发明的制冷设备的第二实施例的一部分；

-图4是与图2类似的示意图，仅示出了根据本发明的制冷设备的第三实施例的一部分。

具体实施方式

图1示出了包括主回路1的制冷设备，该主回路形成闭合环路，以使制冷剂的主流90在其中进行环路循环。在制冷剂的主流90通过主回路1进行循环期间，制冷剂经受由主回路1的部件赋予的热力循环。

制冷设备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，设备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)。

主回路1包括压缩机2、冷凝器4、膨胀阀6和蒸发器8。压缩机2包括压缩机入口12和压缩机出口13。冷凝器4包括连接到压缩机出口13的冷凝器入口14，以及冷凝器出口15。膨胀阀6包括连接到冷凝器出口15的阀入口16，以及阀出口17。蒸发器8包括连接到阀出口17的蒸发器入口18以及连接到压缩机入口12的蒸发器出口19。

为了获得制冷剂的热力循环，以依次通过压缩机2、出口13、入口14、冷凝器14、出口15、入口16、膨胀阀6、出口17、入口18、蒸发器8、出口19、入口12并且再次通过压缩机2依此类推的闭合环路，上述制冷剂的主流90通过主回路1进行循环。为此，制冷剂被压缩机2压缩。在附图中，主流90的方向由箭头指示。

优选地，制冷剂的主流90通过主回路1的循环仅由压缩机2的功赋予。然而，如果必要的话，可以实施附加的压缩机或泵。更通常地，根据应用，主回路1可以包括除压缩机2、冷凝器4、膨胀阀6和蒸发器8之外的附加部件，例如，附加的膨胀阀，或用于将主流90的一部分从主回路的一部分引导到主回路的另一部分的附加的支路，或可以具有节能器功能的附加的热交换器。

优选地，在稳态下，在制冷设备的高负荷运作期间：

-在压缩机2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；

-在出口13和入口14中，制冷剂处于气态或基本上处于气态，处于高温和高压下；

-在冷凝器4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4冷凝成液态；

-在出口15和入口16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6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；

-在出口17和入口18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8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8蒸发成气态；

-在出口19和入口12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1包括：高压部分，该高压部分包括压缩机出口13、冷凝器4和阀入口16；以及低压部分，该低压部分包括阀出口17、蒸发器8和压缩机入口12。

主回路1包括所谓的“供应部分”，其仅覆盖高压部分的一部分，在该部分中，制冷剂主要处于液态和高压下，供应部分优选地由冷凝器4、阀入口16以及主回路1的在冷凝器出口15与阀入口16之间(即出口15的下游与入口16的上游之间)的任意部分组成。供应部分有利地构成回路1的如下的部分：在该部分中，流90的制冷剂处于被用作润滑剂的最合适的状态。

主回路1包括所谓的“低温部分”，其仅覆盖低压部分的一部分，在该部分中，制冷剂处于或主要处于低温和低压下，低温部分优选地由蒸发器8、压缩机入口12以及回路1的在蒸发器出口19与压缩机入口12之间(即出口19的下游与入口12的上游之间)的任意部分组成。在低温部分中，制冷剂的流90有利地处于最冷的温度下。

优选地，压缩机2是正排量式压缩机，也称为容积式压缩机，诸如活塞压缩机、涡旋压缩机、罗茨式压缩机或螺杆压缩机。更优选地，压缩机2是螺杆压缩机，其包括两个平行啮合的螺杆转子，用于对制冷剂施加压缩。螺杆转子由压缩机2的至少四个轴承相对于压缩机2的框架旋转地支撑，螺杆转子中的每一个由四个轴承中的两个单独地支撑。压缩机2配备有马达，该马达驱动螺杆转子中的一个旋转，第二螺杆转子也通过与第一螺杆转子啮合而被驱动旋转。

压缩机2被构造成由制冷剂而不是由单独的润滑剂进行润滑。因此，压缩机2可以被认为是“无油压缩机”。优选地，整个制冷设备是无油的。

优选地，冷凝器4包括或构成热交换器，该热交换器能够在主回路1的制冷剂与水、环境空气、或能够从通过冷凝器4进行循环的制冷剂的主流90吸收热量的任何其他合适的介质之间进行热交换。

优选地，蒸发器8包括或构成热交换器，该热交换器能够在主回路1的制冷剂与待被制冷剂冷却的热装料之间进行热交换。热装料可以包括水或者待被制冷设备冷却的任何其他基质。

制冷设备包括与主回路1不同并且连接到主回路1的润滑支路20。润滑支路20是用于来自主回路1的制冷剂的主流90的制冷剂的流91的通道。流91被称为“润滑流”。润滑流91是由主流90的一部分形成的制冷剂的流。

支路20包括被称为“润滑入口”的入口21以及被称为“润滑出口”的出口22。入口21在冷凝器4的底部29处连接到主回路1，该入口属于主回路1的供应部分。替代地，优选地在冷凝器出口15处，入口21可以连接在例如冷凝器4与膨胀阀6之间。替代地，对于入口21的连接，可以选择主回路1的供应部分的任何部分，因为在主回路1的供应部分中，制冷剂的至少一部分处于液相。

优选地，入口21从制冷剂的主流90中导出流91，该制冷剂的主流90已经通过冷凝器入口14进行了循环，已经通过冷凝器4与环境水、环境空气或类似介质进行了热交换，但尚未通过冷凝器出口15进行循环。更优选地，入口21在冷凝器4的底部29处导出流91，在该冷凝器的底部处，通过重力接纳来自流90的液态制冷剂。

在优选的替代方案中，入口21从通过冷凝器出口15进行循环的主流90中导出流91，在该冷凝器出口处，流90的制冷剂中的大部分或全部很有可能呈液态形式。

替代地，可以设置多个润滑入口21，以在供应部分的多个位置处从主流90中导出制冷剂。

流91通过入口21被引入支路20。出口22连接到压缩机2，用于向压缩机2供给流91，以借助于流91对所述压缩机2进行润滑。出口22连接在压缩机2的不同于入口12的入口处，用于供给压缩机2的需要润滑的机械部件。优选地，出口22连接到压缩机2的入口，该压缩机的入口供给轴承和/或由螺杆转子形成的压缩腔室，使得该轴承和/或由螺杆转子形成的压缩腔室被由支路20供给的液态制冷剂润滑。

可选地，支路20包括一个或多个阀23，诸如电磁阀和/或节流阀，用于调节进入支路20内并且被引入压缩机2的流91的流率。

如上文所说明的，在设备的高负荷运作期间，在入口21处导出的制冷剂的流91通常是液体。然而，在设备的低负荷运作期间，在入口21处的制冷剂的流91可以是两相的。为了确保当到达压缩机2时，流91的制冷剂呈液态形式，或者处于具有足够比例的液态制冷剂的两相形式，支路20包括过冷却热交换器31，用于在润滑出口22的上游对制冷剂的流91进行冷却。

如图1和图2中所示，过冷却热交换器31被完全定位在蒸发器8的内部，特别是蒸发器出口19的内部。在运作期间，热交换器31被通过蒸发器8进行循环的主流90的制冷剂包围。因此，热交换器31被构造成用于实现或促进润滑流91与制冷剂的主流90之间的热交换，使得制冷剂的润滑流91通过与通过蒸发器8进行循环的主流90进行热交换而被过冷却。润滑流91和蒸发器8的主流90不会接触或混合在一起。作为替代，润滑流91和蒸发器8的主流90彼此靠近地进行循环，被热交换器31的薄的导热壁隔开，从而促进润滑流91和蒸发器8的主流90之间的热交换。因此，在交换器31内，润滑流91被主流90冷却，主流90被润滑流91加热。

由于制冷剂的润滑流91在过冷却热交换器31中被冷却，因此当在出口22处进入压缩机2时，设备确保润滑流91的制冷剂处于液态或者具有高比例的液态制冷剂。即使当设备在低负荷(即，主流90的低流率)下运作时，也确保了压缩机2的适当润滑。

优选地，如图2中所示，蒸发器8是溢流热交换器。如图2中所示，蒸发器8有利地包括在此被称为“蒸发器箱”的箱61，该箱接纳主回路1的主流90的制冷剂。蒸发器8还包括热交换通道，该热交换通道穿过箱61，以便被接纳在箱61内的主回路1的制冷剂包围。这些热交换通道在附图中未示出。优选地，这些热交换通道是管，使得蒸发器8是溢流管热交换器。水或任何其他热装料可以通过这些通道进行循环，以便被容纳在箱61中的制冷剂冷却。

优选地，如图2中的情况，箱61具有大致圆柱形的形状。

箱61的底部连接到蒸发器入口18。因此，来自膨胀阀6的制冷剂的主流90在箱61的底部处进入蒸发器8中。

蒸发器8包括连接在箱61的顶部处的出口管66。在所示的实施例中，管66形成(即构成)蒸发器出口19。管66包括周边壁67，该周边壁优选地被成形为用于向上引导主流90的竖直管。管66的下端、特别是周边壁67的下端连接到箱61的顶部。因此，被接纳在箱61内的制冷剂通过管66排出，以在入口12处到达压缩机2。管66可以被称为“吸入管”。

如图2中所示，热交换器31有利地被安装在管66内，优选地在周边壁67内被安装在所述管66的下端处。

可选地，蒸发器8可以包括挡板69，该挡板被定位在蒸发器箱61中，位于管66的下方和过冷却热交换器31的下方。挡板69是分流板，例如被成形为上下颠倒的顶板，以防止液态制冷剂液滴意外地进入管66。由于蒸发过程可能会意外地向上喷射这些液滴，该蒸发过程可能包括通过箱61进行循环的流90的沸腾或高流率。

如图2中所示，热交换器31可以完全被容纳在管66中。替代地，热交换器31可以部分地或完全地定位在箱61的上半部中。优选地，热交换器完全地定位在挡板69上方。

在箱61中，制冷剂以两相状态被接纳。在运作期间，液态制冷剂位于箱61的底部处，所蒸发的气态制冷剂位于箱61的顶部处。在箱61中将液态制冷剂与气态制冷剂分离的液位位于箱61的顶部与底部之间，与箱61横向地相交。

在运作期间，被接纳在箱61内的主流90的所蒸发的制冷剂向上流入管66中，在该管中，所述制冷剂沿着热交换器31流动或流过热交换器31。然后，制冷剂到达压缩机入口12。因此，热交换器31被主流90的气态制冷剂或基本上气态的制冷剂包围。

如图1和图2中所示，润滑支路20优选地包括入口管24，该入口管将润滑入口21连接到热交换器31。入口管24穿过管66的周边壁67，以到达热交换器31的内部。因此，壁67被称为热交换器31的“连接壁”。支路20还包括将交换器31连接到出口22的出口管25。出口管25也穿过周边壁67，优选地在与管24在直径上相对的一侧处穿过周边壁67，以到达被容纳在管66内的交换器31。

在运作期间，由于交换器31中含有的制冷剂的润滑流91处于比管中的制冷剂的主流90高的温度下，因此穿过管66的主流90中含有的未蒸发的制冷剂的液滴可以有利地被交换器31蒸发或阻挡。因此，减少了对挡板69的需求，这可能能够设计出具有减小的压降的蒸发器。

更通常地，代替被接纳在出口管66内，过冷却热交换器31可以被定位在下述任何位置，即，在所述任何位置处，该过冷却热交换器可以使得在通过润滑支路20进行循环的润滑流91在所述流到达出口22之前和通过主回路1的低温部分进行循环的主流90之间进行热交换。例如，热交换器31可以被定位在箱61内，或者被定位在压缩机入口12处。热交换器31可以在箱61、出口19和入口12的外部，并且可以例如围绕出口管66。

替代地，可以设置多个润滑热交换器31，以在回路1的低温部分的多个位置处在流90与流91之间进行热交换。

图3的实施例涉及与图1和图2的实施例的设备相同的制冷设备，但是修改了支路20、热交换器31和管66。

在图3的实施例中，管66包括在周边壁67的端部处的顶端。管66的另一部分径向地连接到周边壁。管66包括顶孔71，该顶孔用于从外部进入所述管66的内部，以用于维修等目的。蒸发器8包括可移除的盖72，该可移除的盖被可移除地固定到孔71，以紧密地封闭孔71。盖72可以被移除，以通过孔71进入管66的内部。

可选地，如图3中所描绘的，支路20的入口管24和出口管25均穿过可移除的盖72。因此，在这种情况下，盖72构成管66的连接壁。优选地，管24和25的位于管的内部的相应部分平行于管66(即，竖直地)延伸。优选地，如图3中所示，管24和25的这些相应部分在直径上相对的位置处沿着壁67延伸。

在优选实施例中，热交换器31借助于管24和25悬挂或至少固定到盖72上，使得当盖72被移除时，热交换器31保持附接到盖72。因此，由于在单个步骤中实现了从管66移除盖72和交换器31，因此使得对交换器31的维护更加容易。

优选地，为了通过孔71插入或移除热交换器31，热交换器31在尺寸上小于孔71，或者至少具有相应的形状。如上所述，这即使在热交换器31没有附接到盖72的情况下也可以实施。通过顶孔71插入和移除热交换器31可能是方便的，因为对热交换器31的维护不需要拆卸整个蒸发器8。

如图3中所示，热交换器31包括多个带翅片的管32，每个带翅片的管将管24连接到管25。因此，每个带翅片的管32导出制冷剂的相应的流(由管24排出的润滑流91的一部分)，并且将所述相应的流排放到管25中。为此，带翅片的管32借助于入口歧管连接到管24，并且借助于出口歧管连接到管25，该入口歧管和出口歧管在直径上与管66相对地定位。每个带翅片的管32促进在通过带翅片的管32进行循环的制冷剂与通过围绕所述带翅片的管32的管66进行循环的制冷剂之间的热交换。每个带翅片的管32优选地在管内从壁67的一侧横向地(即，水平地)延伸到另一侧。带翅片的管32有利地彼此平行。带翅片的管32包括多个翅片板33。例如，每个翅片板33由管板形成，从而将管32连接在一起。翅片板33优选地平行于管66(即平行于竖直平面)并且垂直于管32定向。优选地，翅片板33沿着相关的管32规则地间隔开。

带翅片的管32和翅片板33增强了通过管66排放的主流90的润滑剂中可能含有的任何剩余液滴的蒸发，该带翅片的管32和翅片板33充当过滤器和散热器两者。

可选地，如图3中所示，润滑支路20包括旁路子支路110，该旁路子支路完全延伸到蒸发器8的外部。子支路110在蒸发器8的外部将入口21连接到出口22。因此，通过子支路110而不穿过交换器31从润滑流91中导出被称为“旁路流”的流99。换句话说，旁路流99从冷凝器4循环到压缩机2，而不穿过阀6、蒸发器8或交换器31。因此，热交换器31被子支路110旁路。更准确地，子支路110在热交换器31的上游连接到入口21，并且在热交换器31的下游连接到出口22。支路110可以配备有阀111或节流阀，用于中断子部分99的循环，或者用于调节通过支路110进行循环的旁路流99的流率。

图4的实施例涉及与图3的实施例的设备相同的制冷设备，但是修改了热交换器31。

在图4的实施例中，热交换器31包括沿着壁67在管66的内部延伸的一对竖直的直管132。每个直管都沿着管66延伸，即从所述管66的上端延伸到下端。直管132分别连接到入口管24和出口管25。热交换器31进一步包括u形管133，该u形管在挡板69上方被定位在管66的下端处或箱61的顶部处，并且将管132连接在一起。因此，润滑流91从入口管24向下循环通过第一直管132，通过u形管133，向上通过第二直管132到达出口管25。该热交换器31的简单的u形形状使得该热交换器的制造更容易且更廉价。

两个直管132和u形管133共同构成热交换组件。在图4的示例中，热交换器31仅包括一个热交换组件。替代地，热交换器31可以包括平行地安装在管66内和挡板69上方的多个热交换组件，所有的热交换组件借助于入口歧管连接到管24并且借助于出口歧管连接到管25。

在未示出的实施例中，过冷却热交换器包括盘管或多个盘管，每个盘管被定位在管66内。每个盘管将管24连接到管25。

在未示出的替代实施例中，过冷却热交换器包括板翅式热交换器，对于该板翅式热交换器，翅片优选地平行于管66。

只要技术上可行，就可以在上文所公开的任何其他实施例中实施针对上文所公开的实施例公开的每个特征。