冷却系统和用于操作冷却系统的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的冷却系统，以及一种用于操作这种冷却系统的方法。

背景技术：

1、冷却系统(诸如冷却器或空调系统)通常包括压缩机单元、冷凝器单元、膨胀装置和蒸发器单元，它们被连接成所谓的冷却循环或制冷剂循环。在冷却循环中，制冷剂从用于压缩气态制冷剂的至少一个压缩机单元循环到用于将气态制冷剂冷凝成液态制冷剂的冷凝器单元，从冷凝器单元循环到用于使液态制冷剂膨胀的膨胀单元，从膨胀单元循环到用于将液态制冷剂蒸发成气态制冷剂的蒸发器单元，以及从蒸发器单元回到压缩机单元。通常，这种冷却系统通过蒸汽压缩制冷剂循环从液体去除热量。然后，冷却后的液体可以用于冷却空气(例如，空气调节)或用在工业过程中。

2、压缩机单元本身可以是离心压缩机，其包括压缩制冷剂的一个或多个叶轮。叶轮安装在由多个轴承支撑的旋转轴上。轴承组件需要稳定的润滑剂供应，润滑剂通常是油。然而，在最近的一些应用中，除了油被用于润滑轴承之外，制冷剂也已被用于润滑轴承。为此，提供所谓的润滑循环，该润滑循环具有至少一个润滑制冷剂供应线路，用于将制冷剂作为润滑剂提供给轴承组件。

3、可以使用泵来驱动制冷剂流动到轴承。然而，泵可能发生气蚀(cavitate)，从而更难向轴承供应制冷剂。也可能存在这样的操作状况，在该操作状况下，由泵提供的制冷剂的供应可能不足或者制冷剂的状态是液体和蒸汽的混合物，使得轴承可能无法被正确地润滑。另外，如果泵出于某种原因而停止工作，则随着轴承润滑剂的流动停止，将带来通常的可靠性问题。泵停止工作的常见原因是停电。此外，持续啮合的泵也会磨损并且消耗功率。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的在于提供一种具有制冷剂润滑的轴承的冷却系统，其操作可靠且具有成本效益。

2、该目的通过根据方案1的冷却系统以及根据方案9的用于操作所述冷却系统的方法来解决。

3、在下文中，提出一种冷却系统，所述冷却系统包括制冷剂循环，所述制冷剂循环用于使制冷剂从用于压缩气态制冷剂的至少一个压缩机单元循环到用于将气态制冷剂冷凝成液态制冷剂的冷凝器单元，从冷凝器单元循环到用于将液态制冷剂蒸发成气态制冷剂的蒸发器单元，从蒸发器单元循环回到压缩机单元。所述冷却系统还包括润滑循环，所述润滑循环具有至少一个润滑制冷剂供应线路，用于将制冷剂作为润滑剂提供给轴承组件，轴承组件可以是压缩机单元的一部分。

4、为了向轴承组件稳定地供应润滑制冷剂，至少一个润滑制冷剂供应线路在冷凝器单元处从制冷剂循环分支出来，用以向轴承组件提供制冷剂，并在蒸发器单元处与制冷剂循环重新结合，用以将来自轴承组件的制冷剂反馈到制冷剂循环。由此，冷凝器单元与蒸发器单元之间的压力差可以用于在润滑循环中输送润滑制冷剂。压力差是由压缩机单元的高压力水平与蒸发器单元的低压力水平之间的差异引起的。这不仅将制冷剂输送通过制冷剂循环而且还通过润滑循环。

5、根据另一方面和/或优选的实施方式，制冷剂循环还可以包括节能器(/省煤器)(economizer)单元。

6、节能器单元通常用在具有两级(或者更常见的多级)压缩机的冷却系统中。由此，膨胀过程分为两个(或多个)步骤，中间有节能器。因此，来自冷凝器单元的液态制冷剂进入第一膨胀装置，这降低制冷剂的压力。这样的压降导致液态制冷剂的一部分蒸发，并且形成的液态制冷剂和气态制冷剂的混合物进入节能器单元。结果，节能器单元中的压力介于冷凝器单元的压力与蒸发器单元的压力之间。节能器单元本身连接到第二膨胀装置和两级压缩机的第二级的入口。在节能器单元中，气态制冷剂与液态制冷剂分离，并且仅剩余的液态制冷剂被供给到第二膨胀装置并且进一步被供给到蒸发器单元。制冷剂的气态部分进而被压缩机的第二级再压缩，并从第二级压缩机的出口反馈到冷凝器单元。由于制冷剂的一部分已经在蒸发器的上游汽化，仅在节能器中产生的制冷剂的气态部分需要由第二级叶轮压缩，因此所需的压缩机功率的量减小。在没有节能器的系统中，更多的气态制冷剂将被释放，并且更多的气态制冷剂将被再压缩，而不是呈液体形式，并在回到压缩机的第一级之前蒸发。因此，通过使用节能器单元，由于气态制冷剂的再压缩浪费能量，因此系统效率增加(增加4％至6％)。

7、在存在节能器单元的实施方式中，存在额外的或替代的可能性，使润滑供应线路从压缩机单元和/或从节能器单元分支出来。使用节能器作为润滑制冷剂供应线路用的分支，允许制冷剂在润滑循环中的运动较慢，由此允许更好地控制制冷剂向轴承组件的分配。它还降低将制冷剂引入或喷入轴承组件的速度。

8、进一步优选的是，润滑制冷剂供应线路终止于用于引导制冷剂并且将制冷剂引入轴承组件的喷嘴或喷射装置。喷嘴或注射装置允许优化地且引导式地将润滑制冷剂提到轴承组件，由此允许改善的润滑。此外，优选地，供应线路本身被设计为使得压力跨过喷嘴降低而不是跨过(/遍及)整个供应线路降低。

9、根据另一优选实施方式，润滑循环具有从冷凝器单元和/或从节能器单元分支出的第一润滑制冷剂供应线路分支以及从蒸发器单元分支出的第二润滑制冷剂供应线路分支，其中，两个分支均适于将制冷剂供应到轴承组件。优选地，在冷却系统启动时使用来自蒸发器单元的制冷剂。在启动阶段，蒸发器中的制冷剂是液体并且能够在压缩机开启之前用于润滑轴承，而冷凝器单元中没有能够用于润滑轴承组件的液态制冷剂。使用来自蒸发器单元的制冷剂允许所谓的预润滑循环，在此期间，在压缩机单元开始运行之前将制冷剂提供到轴承组件。这进而在任何时候都确保轴承组件的充分润滑。由此，压缩机单元的使用寿命可以延长。不言而喻，还可以提供多于两个分支。

10、因此，特别优选的是，在从蒸发器的第二分支中配置泵，泵可以在启动时操作，并且在操作压缩机单元之前将液态制冷剂提供给压缩机单元的轴承组件。泵的使用确保在启动时以及还在正常操作期间未建立压力差或压力差降低的情况下在轴承组件处提供足够的制冷剂。优选地，控制泵，使得如果冷凝器和/或节能器与蒸发器之间的压力差变得小于预定值则使泵启动。为了避免或最小化泵吸入线路中发生气蚀的风险，可以控制泵的速度以实现缓慢启动和/或变速。

11、当然，也可以将泵配置在主润滑供应线路中，主润滑供应线路是通过将第一分支供应线路和第二分支供应线路在轴承组件的上游合并来提供的。优选地，泵仅在启动时操作，或者在压力差意外下降的情况下驱动润滑制冷剂。然而，将泵配置在主供应线路中可能增加润滑供应线路中的流动阻力，因为制冷剂也必须经过泵。

12、根据另一优选实施方式，冷却系统还包括过滤器单元，过滤器单元在轴承组件上游配置在润滑制冷剂供应线路中。由此，根据需要，过滤器单元可以配置在主供应线路中和/或配置在一个或两个分支中。该过滤器单元确保有害物质(可能由于热、压力和/或机械磨损而导致的制冷剂的分子分解而产生，例如，水和/或其他物质)从制冷剂中过滤掉，使得用于润滑轴承组件的制冷剂没有污染。有利地，过滤器包括用于过滤掉诸如水和酸的液体的至少一个单元以及用于过滤掉污染颗粒的第二单元。

13、根据另一优选实施方式，储液器(accumulator)在轴承组件的上游配置在润滑循环线路中。优选地，储液器在启动时充满制冷剂，并且确保即使在压缩机单元/节能器单元的压力水平与蒸发器单元的压力水平之间的压力差变化期间也能够在轴承组件处提供连续润滑。储液器还可以在启动时代替泵或在泵不工作时用作加压的润滑制冷剂储存器。结果，储液器优选地适于(/被适配成)在压缩机启动之前在预润滑循环中操作。

14、优选地，储液器具有两个隔室，在顶部的一个隔室填充气体或者可以包含弹簧，气态或可以包含弹簧，第二个隔室用于储存加压的制冷剂。两个隔室由活塞或橡胶囊(rubberbladder)隔开。

15、这种储液器工作如下：在重新润滑循环开始时，储液器的第二个隔室是空的。随着压力的增加，第二隔室开始充满液态制冷剂。压力通过第一隔室中压缩气体的压力或通过弹簧(如果使用)的压缩来平衡。在稳定状态操作下，两个隔室具有大约相同的体积。这通过选择第一隔室中的气体压力或弹簧力来控制。

16、如上所述，第二隔室中的加压液态制冷剂的体积在由于任何原因而发生系统故障的情况下用作储备润滑剂。

17、本发明的另一方面涉及一种用于操作根据以上所述的冷却系统的操作方法，其中，通过冷凝器或节能器与蒸发器之间的压力差来驱动用作润滑剂的制冷剂通过润滑循环线路。

18、根据优选的实施方式，所述冷却系统操作如下：

19、在冷却系统启动时，蒸发器中的用于润滑的液态制冷剂是可用的。随着系统压力的增加，冷凝器中的液态制冷剂变得可用。润滑剂泵首先从蒸发器中泵取制冷剂，然后在在冷凝器和蒸发器已经达到一定的压力差水平之后，将液态制冷剂的源切换到冷凝器。在泵的下游，制冷剂通过喷嘴供应到压缩机轴承以进行润滑，然后从轴承组件排放到蒸发器。在高速压缩机中，喷嘴产生将制冷剂喷射到轴承中的射流。压力通过喷嘴下降，并且喷嘴控制流量。在低速压缩机中，可能不需要射流喷射。制冷剂可以在没有压降的情况下流入轴承箱，然后通过轴承。在这种情况下，泵也可以用作计量装置。

20、可选的泵可以总是接合，但是优选地，仅在启动时接合泵以从蒸发器中泵取制冷剂，然后将其关闭，并且仅使用冷凝器(或节能器)与蒸发器之间的压力差来驱动润滑制冷剂流。

21、为了以备用的方式保持加压制冷剂的供应，在泵故障的情况下保持加压制冷剂的供应，则在压缩机启动之前启动泵时(应在预润滑循环中)用制冷剂填充液压储液器。

22、在从属权利要求以及说明书和附图中限定了进一步的优选实施方式。因此，在不脱离保护范围的情况下，与其他元件组合描述或示出的元件可以单独存在或与其他元件组合存在。

23、在下文中，关于附图描述本发明的优选实施方式，其中，附图仅是示例性的，而不旨在限制保护范围。保护范围仅由所附权利要求书限定。