熱機和熱機的運行方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熱機(1)，它有一個導(dǎo)引流體(16)的循環(huán)系統(tǒng)(2)，包括至少一個能夠蒸發(fā)流體(16)的蒸發(fā)裝置(3)，至少一個能夠壓縮流體(16)的壓縮裝置(4)，至少一個能夠冷凝流體(16)的冷凝裝置(5)，能夠匯集流體(16)與可借助壓縮裝置(4)添加到流體(16)中的另一種流體(17)的匯集裝置(6)，以及至少一個能夠膨脹流體(16)的膨脹裝置(7)。匯集裝置(6)包括混合裝置(8)，借助它可將流體(16)與另一種流體(17)混合成一種乳化液。本發(fā)明還涉及一種運行這種熱機(1)的方法。
【專利說明】熱機和熱機的運行方法
[0001]本發(fā)明涉及一種熱機，具有導(dǎo)引流體的循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)包括至少一個能夠蒸發(fā)流體的蒸發(fā)裝置，至少一個能夠壓縮流體的壓縮裝置，至少一個能夠冷凝流體的冷凝裝置，能夠匯集流體與可借助壓縮裝置添加到此流體中的另一種流體的匯集裝置，以及至少一個能夠使流體膨脹的膨脹裝置。本發(fā)明還涉及一種運行這種熱機的方法。
[0002]在熱栗和制冷機歸屬于此的熱機(亦可稱“致冷機”)中，通過使用機械能將熱能從較低的溫度水平提升到高的溫度水平。不僅在制冷機中，而且還在熱栗中，通常使用油潤滑的壓縮機壓縮流體。在流體壓縮后和在冷凝器中冷凝前使用油分離器，它將從壓縮機或其他壓縮裝置排出的油與流體分離，接著將一起帶走的油送回壓縮機中。一般不可能完全分離，所以部分一起帶走的油也會到達制冷機或熱栗的冷凝器中。尤其在大型設(shè)備(>20kw)中，在冷凝器后安裝收集器。它用于緩沖流體和在其中包含的油，從而始終是液態(tài)的流體到達沿流體流動方向連接在收集器下游的膨脹閥(膨脹裝置)中。借助收集器還能緩沖熱機的運行波動、載荷變換或在熱源側(cè)或冷卻源側(cè)的溫度變化。尤其在包括多個蒸發(fā)器的設(shè)備中，這種收集器是必要的。
[0003]然而，在各種熱機中所使用的流體，除其他物理學(xué)特征外，應(yīng)當(dāng)有一種與油(壓縮機油)相比恰當(dāng)?shù)拿芏?，而且還能與油混合。由此避免流體例如有比油大的密度，并因而避免油漂浮在收集器內(nèi)，長期聚集在那里而不回到壓縮機中。通過使用能與壓縮機油混合的流體(例如R134a)，使漂浮的油溶解在流體內(nèi)并能與流體一起流向膨脹閥。
[0004]本發(fā)明的目的在于，創(chuàng)造一種前言所述類型的熱機以及一種運行熱機的方法，其中，即使在熱機中使用了大密度以及不能混合的流體，仍能實現(xiàn)尤其無故障運行。
[0005]此目的通過一種具有專利權(quán)利要求1所述特征的熱機，以及通過一種具有專利權(quán)利要求9所述特征的方法達到。在從屬專利權(quán)利要求中說明本發(fā)明有利的包括合乎目的的進一步發(fā)展的設(shè)計。
[0006]為了也能在熱機中使用這種彼此有大的密度差和除此之外或作為替代方式互相不能混合的流體，按本發(fā)明規(guī)定，匯集裝置包括混合裝置，借助它可將這種流體與另一種流體混合成一種乳化液。
[0007]通過使用這種混合裝置，實現(xiàn)了在熱機中使用的、用作工作流體的流體，與例如從壓縮裝置(例如壓縮機)分離出來的、例如成為壓縮機油的另一種流體之間盡可能均勻地混合。也就是說，借助混合裝置達到另一種流體在所述流體內(nèi)特別均勻地分布，即使在這種流體與另一種流體在它們的密度方面彼此有很大的差別的情況下，亦即這種流體比另一種流體有大得多或也可以有小得多的密度，或即使在另一種流體不能與這種流體混合的情況下。換句話說，通過所述包括混合裝置的匯集裝置，能夠造成一種由(另一種流體的)分散相與(已冷凝并因而液態(tài)流體的)連續(xù)相組成的乳化液。由于造成這種乳化液，壓縮機油精細分布的小油滴與這種流體一起到達膨脹閥，從而即使在這種流體與另一種流體之間密度差別很大的情況下，也能特別有效地達到這兩種流體在乳化液中均勻地分布。由此能尤其基本上避免基于熱機的這種流體與另一種流體糟糕或不均勻的混合而由濃度引起的運行波動，以及壓縮機(壓縮裝置)潤滑劑供應(yīng)量不足。
[0008]按本發(fā)明一種有利的設(shè)計，混合裝置沿流體流動方向設(shè)置在匯集裝置前。
[0009]通過在匯集裝置前串聯(lián)連接混合裝置，從冷凝裝置(冷凝器)排出的流體與另一種流體作為特別均勻的乳化液進一步引向匯集器。
[0010]業(yè)已證明也有利的是，所述另一種流體成為壓縮機油。
[0011]通過均勻地混合這種流體與另一種流體(壓縮機油)，尤其基本上保證避免壓縮裝置(壓縮機)的潤滑劑供應(yīng)不足。換句話說，通過在這種流體內(nèi)均勻分布的壓縮機油，確保壓縮機非常均勻地潤滑。
[0012]也有利的是，混合裝置有攪拌器，它設(shè)計為靜力混合器。
[0013]尤其在將攪拌器設(shè)計為靜力混合器的情況下，攪拌器意味著是一種為了混合這種流體與另一種流體以構(gòu)成一種乳化液的特別便宜和有效的可能性。靜力混合器由影響流動的，例如設(shè)計為螺旋狀的元件組成，它交替分割流體流，然后重新聚合。換句話說，通過這種流體和另一種流體的流動運動，以特別有效的方式促使它們混合，從而造成一種特別均勻的乳化液，其中另一種流體微小的液滴特別均勻地分布在這種流體中。所述混合裝置例如設(shè)計為安裝在一個管段中的靜力攪拌器。
[0014]按另一種有利的設(shè)計，匯集裝置有磁力攪拌器。
[0015]這種磁力攪拌器能設(shè)計得非常緊湊，并因而能使用特別狹窄的空間來形成由這種流體和另一種流體組成的乳化液。
[0016]業(yè)已證明也有利的是，磁力攪拌器有多個金屬葉片。
[0017]通過使用金屬葉片，所述另一種流能體特別迅速和特別均勻地分布在這種流體中，以及磁力攪拌器和金屬葉片可例如到達匯集裝置邊緣，并因而能夠達到特別強力地攪拌或循環(huán)由這種流體與另一種流體組成的混合物。換句話說，金屬葉片意味著是特別簡單和有效的渦流發(fā)生器，用于造成形式上為乳化液的均勻混合物。
[0018]業(yè)已證明也有利的是，匯集裝置有一個設(shè)置在其邊緣區(qū)的勵磁線圈，借助它能夠旋轉(zhuǎn)磁力攪拌器。
[0019]借助勵磁線圈能夠不接觸式旋轉(zhuǎn)磁力攪拌器，此時不需要麻煩地連接磁力攪拌器與機械驅(qū)動裝置，例如電動機，也無需為了防止流體外泄而密封各自的連接件，例如傳動軸。在這里，所述邊緣區(qū)例如相應(yīng)于容納這種流體和另一種流體的容器外壁(或外包面)，容器例如設(shè)計為收集器并在其中安裝磁力攪拌器。
[0020]按本發(fā)明另一種有利的設(shè)計，匯集裝置有一個由非磁性的材料構(gòu)成的收集器。
[0021]這種收集器相應(yīng)于匯集裝置的容器，在其中聚集從冷凝裝置排出的這種流體和另一種流體，并為了進一步使用而緩沖。若收集器由一種非磁性的材料(例如非磁性的不銹鋼)構(gòu)成，則由勵磁線圈驅(qū)動的磁力攪拌器還能特別有效地且不會(因收集器)給勵磁線圈建立的磁場帶來故障地得以使用。
[0022]在按本發(fā)明的一種運行熱機的方法中使用一種流體，這種流體借助至少一個蒸發(fā)裝置蒸發(fā)，借助一個壓縮裝置壓縮流體，借助至少一個冷凝裝置冷凝，并借助一個包括收集器的匯集裝置與另一種借助壓縮裝置添加到此流體中的流體匯集在一起，以及此流體借助膨脹裝置膨脹。匯集裝置包括混合裝置，它用于將這種流體與所述另一種流體混合，以構(gòu)成一種乳化液。
[0023]通過由這種流體與所述另一種流體形成盡可能均勻的乳化液，尤其基本上抑制熱機因濃度引起的運行波動，與此同時附加保證壓縮裝置特別均勻和連續(xù)的潤滑劑供應(yīng)。
[0024]針對按本發(fā)明的熱機說明的優(yōu)點和優(yōu)選的實施形式，也適用于按本發(fā)明的方法，反之亦然。
[0025]前面在說明書中提及的特征和特征組合，以及下面在對附圖的說明中提及的和/或僅在附圖中表示的特征和特征組合，不僅可以按具體說明的組合使用，而且也可以按其他的組合或獨立使用，并不脫離本發(fā)明的范圍。
[0026]由權(quán)利要求、下面對優(yōu)選實施例的說明以及借助附圖，提供本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征和詳情。附圖中:
[0027]圖1示意表示作為熱機示例的熱栗循環(huán)系統(tǒng)，其中使用一種由現(xiàn)有技術(shù)已知的用于匯集一種流體和另一種成為壓縮機油的流體的收集器；
[0028]圖2表示一種由現(xiàn)有技術(shù)已知的實施形式，其中為了排空收集器，熱氣體旁路從設(shè)計為壓縮機的壓縮裝置壓力側(cè)導(dǎo)入收集器；
[0029]圖3示意表示在這里設(shè)計為熱栗的熱機循環(huán)系統(tǒng)，其中熱機的匯集裝置有按本發(fā)明設(shè)計為靜力混合器的混合裝置，借助它可造成一種由這種流體與另一種流體組成的乳化液；以及
[0030]圖4示意表示匯集裝置另一種實施形式，其中按本發(fā)明的混合裝置在這里包括具有金屬葉片的磁力攪拌器和設(shè)置在匯集裝置邊緣區(qū)的勵磁線圈。
[0031 ]圖1在示意圖中表示熱機I，它在這里設(shè)計為熱栗。在熱機I中，設(shè)計為蒸發(fā)器的蒸發(fā)裝置3與設(shè)計為壓縮機或壓氣機的壓縮裝置4，以及與設(shè)計為冷凝器的冷凝裝置5及設(shè)計為膨脹閥的膨脹裝置一起，共同構(gòu)成一個循環(huán)系統(tǒng)2。循環(huán)系統(tǒng)2包含一個在這里沒有進一步表示的、在其中導(dǎo)引流體16的管路系統(tǒng)。流體16在這里相應(yīng)于一種在熱機I內(nèi)所使用的流體，它經(jīng)受蒸發(fā)、壓縮、冷凝和接著的膨脹。這通常導(dǎo)致在壓縮裝置4工作時從壓縮裝置4分離出另一種流體17。所述另一種流體17在這里相應(yīng)于存在的壓縮機油，它作為潤滑劑用于維持壓縮裝置4無故障工作。雖然并不期望另一種流體17(壓縮機油)滲出到熱機I的循環(huán)系統(tǒng)2中，但這不能完全避免。流體16和借助壓縮裝置4添加在流體16中的另一種流體17，按照圖中用箭頭表示的流體流動方向1在熱機I的循環(huán)系統(tǒng)2內(nèi)運動。
[0032]為了避免壓縮裝置，亦即壓縮機或壓氣機的潤滑油供應(yīng)不足，熱機I包括具有收集器9的匯集裝置6。在這里收集器9用于緩沖存儲流體16，從而始終是液態(tài)的流體16到達膨脹閥，亦即膨脹裝置7內(nèi)。這即使在運行波動、載荷變換或在熱機I的熱源側(cè)或冷卻源側(cè)的溫度變化的情況下也能確保，只要流體16與另一種流體17能互相混合，以及流體16有較小的或與另一種流體17同樣大的密度。只是在這種情況下才保證另一種流體17不在收集器9內(nèi)漂浮在上面(在流體16上)，而是經(jīng)由膨脹裝置7回到壓縮裝置4中。因此，為了保證圖1中按照由現(xiàn)有技術(shù)已知的實施形式的熱機I能無故障運行，使用的流體16應(yīng)當(dāng)有一種比另一種流體17(壓縮機油)小的密度。若是所述的這種情況，則另一種流體17自己在收集器9內(nèi)向下流向膨脹裝置7，亦即流向膨脹閥。因此相應(yīng)于這種現(xiàn)有技術(shù)，要求使用能與所述另一種流體17混合的流體16(例如R134a)。通過這種可混合性，漂浮的壓縮機油溶解到流體16內(nèi)，并能與流體16—起流向膨脹閥。
[0033]下面說明的那些附圖中也含有一些已借助圖1闡述的特征，所以在下面對此不再重新詳細說明。
[0034]圖2借助熱機I另一個示意圖表示熱氣體旁路18，它連接壓縮裝置4的壓力側(cè)與收集器9。在這里，所述壓力側(cè)相應(yīng)于在循環(huán)系統(tǒng)2內(nèi)的一個沿流體流動方向10在壓縮裝置4下游和在冷凝裝置5上游的位置。由于經(jīng)壓縮的流體16和在此流體16內(nèi)隨攜帶的另一種流體17 (壓縮機油)一起作為流體蒸汽被直接供給或加載給收集器9，在收集器9內(nèi)所含有的由流體16與另一種流體17組成的混合物，按照一個用箭頭表征的方向19排空，以及在這之后，與流體16分離的另一種流體17重新供給壓縮裝置4。在熱氣體旁路18有效期間，并與此相應(yīng)，經(jīng)壓縮的由流體16與另一種流體17組成的混合物，從壓縮裝置4的壓力側(cè)輸送到收集器9中，不發(fā)生冷凝并因而不進行排熱。換句話說，在收集器9排空期間，基于借助熱氣體旁路18供給流體蒸汽，冷凝裝置5，亦即冷凝器停止工作。與此相應(yīng)，冷凝裝置5與壓縮裝置4或與匯集裝置6借助它們連接的各自的管路20，在加入流體蒸汽期間，不流過由流體16與另一種流體17組成的混合物。這種解決辦法非常麻煩和無效率，因為盡管壓縮裝置4在運行中，但沒有通過冷凝裝置5進行排熱，而且除此之外配備有熱氣體旁路18的熱機I需要高昂的維護和控制費用。提高控制費用的原因例如是，必須監(jiān)測收集器9是何時排空的，并與之相應(yīng)地，在排空狀態(tài)應(yīng)再次終止供給流體蒸汽并由此可以讓流體流過冷凝裝置5。之所以應(yīng)當(dāng)監(jiān)測收集器9排空，其原因尤其在于，若收集器9長時間排空，它存在溫度過高的危險。
[0035]由現(xiàn)有技術(shù)已知的這些實施形式并不適合將這樣一種工質(zhì)用作流體16，亦即它有比另一種流體17(壓縮機油)高的密度，并除此之外或作為替代方式，它不能與另一種流體17混合，因為在這種情況下不能保證另一種流體17返回壓縮裝置4。
[0036]為了使這種密度比另一種在這里相應(yīng)于壓縮機油的流體17大，或與另一種流體17有不可混合性的工質(zhì)，仍能用作流體16，如下面借助圖3和圖4表示的那些實施形式是特別適用的。
[0037]在圖3和圖4中所示作為示例的實施形式中，匯集裝置6包括混合裝置8，流體16可借助它與另一種流體17混合成一種乳化液。在圖3中表示的混合裝置8有一個設(shè)計為靜力混合器的攪拌器11，它沿流體流動方向10設(shè)置在匯集裝置6前。換句話說，從冷凝裝置5排出的流體16和另一種流體17，借助此混合裝置8攪拌成一種乳化液，它由一種由另一種流體17(壓縮機油)組成的分散相與一種由基于之前冷凝而成為液態(tài)的流體16組成的連續(xù)相構(gòu)成。因此另一種流體17的小油滴借助混合裝置8特別精細地分布在流體16內(nèi)。在這種狀態(tài)下，精細分布的小油滴與流體16—起進一步引向膨脹閥，亦即引向膨脹裝置7?；旌涎b置8可以設(shè)計得特別簡單，并與此相應(yīng)包括一個直的管段，在此管段中攪拌器11按照通過箭頭表征的旋轉(zhuǎn)運動21旋轉(zhuǎn)。為了能達到將(另一種流體17)特別精細的小油滴分布在工作流體(流體16)中，根據(jù)乳化液在收集器9內(nèi)接著的停留時間需要或多或少的較強分布，并因此要求通過混合裝置8的攪拌器11進行或大或小的較強攪拌。
[0038]按圖4所示的實施例，在熱機I中規(guī)定，匯集裝置6有具有多個金屬葉片12的磁力攪拌器12。此外，匯集裝置6還有一個設(shè)置在其邊緣區(qū)14的勵磁線圈15，磁力攪拌器12可借助它相應(yīng)于旋轉(zhuǎn)運動21旋轉(zhuǎn)。邊緣區(qū)14在這里相應(yīng)于收集器9容器壁的外表面。磁力攪拌器12在這里安裝在收集器9內(nèi)，亦即容器或貯罐內(nèi)，以及通過勵磁線圈15的行波場旋轉(zhuǎn)。為了保證能借助勵磁線圈15驅(qū)動磁力攪拌器12，收集器9由一種非磁性的材料構(gòu)成。
[0039]在圖3中表示的實施例中沒有例如勵磁線圈15這樣的附加部件便足夠，不過在收集器9方面相應(yīng)受限，也就是說乳化液不應(yīng)存儲在此收集器9中經(jīng)過較長的停留時間。為了即使在由流體16與另一種流體17組成的乳化液長的停留時間的情況下，仍能抑制這兩種流體16、17離析，借助圖4表示的具有勵磁線圈15的實施形式是特別適用的。
[0040]因此在混合裝置8中致力于借助攪拌器11主動混合這兩種流體16、17。通過借助混合裝置8形成乳化液，流體16可以與其密度和它與另一種流體17的混合比無關(guān)地使用在熱機I中，與此同時在冷凝裝置5處中斷排熱或進行昂貴的維護工作也可避免。
【主權(quán)項】
1.一種熱機(I)，具有導(dǎo)引流體(16)的循環(huán)系統(tǒng)(2)，該循環(huán)系統(tǒng)(2)包括至少一個能夠蒸發(fā)流體(16)的蒸發(fā)裝置(3)，至少一個能夠壓縮流體(16)的壓縮裝置(4)，至少一個能夠冷凝流體(16)的冷凝裝置(5)，能夠匯集流體(16)與可借助壓縮裝置(4)添加到此流體(16)中的另一種流體(17)的匯集裝置(6)，以及至少一個能夠使流體(16)膨脹的膨脹裝置(7)，其特征為:所述匯集裝置(6)包括混合裝置(8)，借助該混合裝置(8)能夠?qū)⒘黧w(16)與另一種流體(17)混合成乳化液。2.按照權(quán)利要求1所述的熱機(I)，其特征為，混合裝置(8)沿流體流動方向(10)設(shè)置在匯集裝置(6)前。3.按照權(quán)利要求1或2所述的熱機(I)，其特征為，所述另一種流體(17)成為壓縮機油。4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的熱機(I)，其特征為，混合裝置(8)有設(shè)計為靜力混合器的攪拌器(11)。5.按照權(quán)利要求1至3之一所述的熱機(I)，其特征為，匯集裝置(6)有磁力攪拌器(12)。6.按照權(quán)利要求5所述的熱機(I)，其特征為，磁力攪拌器(12)有多個金屬葉片。7.按照權(quán)利要求5或6所述的熱機(I)，其特征為，匯集裝置(6)有設(shè)置在其邊緣區(qū)(14)的勵磁線圈(15)，借助它能夠旋轉(zhuǎn)磁力攪拌器(12)。8.按照權(quán)利要求1至7之一所述的熱機(I)，其特征為，匯集裝置(6)有由非磁性材料構(gòu)成的收集器(9)。9.一種運行熱機(I)的方法，包括下列步驟: -借助至少一個蒸發(fā)裝置(3)蒸發(fā)流體(16)， -借助至少一個壓縮裝置(4)壓縮流體(16)， -借助至少一個冷凝裝置(5)冷凝流體(16)， -借助包括收集器(9)的匯集裝置(6)匯集流體(16)與借助壓縮裝置(4)添加到此流體中的另一種流體(17)，以及 -借助膨脹裝置(7)膨脹流體(16)， 其特征為，匯集裝置(6)包括混合裝置(8)，它用于將流體(16)與另一種流體(17)混合，以構(gòu)成乳化液。
【文檔編號】F25B31/00GK106068428SQ201580011299
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2015年2月4日 公開號201580011299.3, CN 106068428 A, CN 106068428A, CN 201580011299, CN-A-106068428, CN106068428 A, CN106068428A, CN201580011299, CN201580011299.3, PCT/2015/52241, PCT/EP/15/052241, PCT/EP/15/52241, PCT/EP/2015/052241, PCT/EP/2015/52241, PCT/EP15/052241, PCT/EP15/52241, PCT/EP15052241, PCT/EP1552241, PCT/EP2015/052241, PCT/EP2015/52241, PCT/EP2015052241, PCT/EP201552241
【發(fā)明人】V.達諾夫, F.雷斯納
【申請人】西門子公司