本发明涉及根据技术方案1的冷却系统和冷却系统的工作方法。
背景技术：
：：例如由ep0664424a2已知冷却系统，在该文献中将要改进用于润滑制冷剂压缩机中的轴承的方法。为此，少量的制冷剂/油(的)混合物被引入到轴承附近，其中制冷剂由于轴承温度而被蒸发，(包括了至少75体积百分比的油的)润滑剂被放置(deposited)于轴承上。由此，制冷剂的流路和轴承的构造需要被设计成使得在所有情况下具有至少75％的油的足够体积的制冷剂被放置。特别地，如果制冷剂压缩机尚未达到其工作温度，则轴承环境需要能够从制冷剂(与)油(的)混合物中蒸发(掉)足够量的制冷剂。此外，由ep1729055b1已知制冷剂压缩机中的滚动体用的润滑系统，其中润滑介质由超低黏度挥发性流体(ulvvf)构成(consistsof)。为了润滑和确保足够厚的液体润滑膜，提出了(proposed)注入液化流体并通过使用流量限制(flowrestriction)而将流体至少部分地保持高于蒸发压力。这种情况的缺点在于，即使已经确保用于润滑滚动体的流体形成液体润滑膜并且轴承不会干燥运行，轴承也会由于(不包括润滑油的)流体的不良的润滑特性而必须经受极端的要求，因此在该应用领域中仅可以使用高抗性(highresistant)并因而昂贵的轴承。此外，由ep0711929b1已知(以下这样的)滚动轴承，其中至少一个滚动体由比其它滚动体的钢材料硬或更有刚性的材料构成，这导致该至少一个滚动体相对于其它滚动体具有更大的硬度。技术实现要素：本发明的一个目的是提供一种冷却系统，其借助于制冷剂与润滑油的混合物而工作(operated)，其是经济有效地呈现的(presentable)并在所有工作状态下可靠地运行。该目的由根据技术方案1的冷却系统解决。工作温度时的黏度比(viscosityratio)κ用作润滑效果的量度(measure)。其表示实际运动黏度(kinematicviscosity)ν与需要充分润滑的运动黏度ν1之比。到目前为止，一般的教导已认为，迄今为止，在κ<1的黏度比时，无法建立足够可持续的流体动力学或弹性-流体动力学的润滑膜，因此，发生在滚动接触时直接接触轴承组成部件的边界层润滑。与此相比，本发明提供了油分离器，其使工作介质中的制冷剂的百分比减小到15重量百分比至60重量百分比之间的值，并提供该工作介质用于润滑，使得在第一工作状态时，存在κ<1的黏度比。这里，黏度比被定义为κ＝ν/ν1，其中ν1为标称黏度(nominalviscosity)，其表示(根据平均轴承直径和周向速度，)润滑剂在工作温度时所需的运动黏度。事实证明(turnedout)，在良好的近似(approximation)下，用于不同速度范围的标称黏度可以由两个方程式给出。对于n<1000r/min的轴承的转速，标称黏度被给出如下：ν1＝45000n-0,83dpw-05对于转速n≥1000r/min，标称黏度被给出如下：ν1＝45000n-0,5dpw-0,5其中dpw为滚动轴承的节圆直径(pitchdiameter)。此外，ν为润滑剂在工作温度时的实际运动黏度。因此对于κ<1的值，实际运动黏度低于标称黏度。因此对于κ>1的值，实际运动黏度高于标称黏度。于是可以认为(assumed)提供了充分形成的可持续的流体动力学润滑膜。因此，黏度比κ是在轴承圈的滚动体与滚道之间的滚动接触的润滑膜的膜厚度的间接量度。润滑膜的膜厚度直接取决于作为润滑的工作介质的润滑剂的实际运动黏度。实际运动黏度被在大气压下确定。然而，润滑剂的黏度取决于作用在润滑剂上的压力，其中黏度随着压力的增大而增大。因此，滚动接触中(/时)的润滑膜中的润滑剂的黏度高于环境压力下的润滑剂的黏度。对于润滑剂的压力依赖性的量度为压力系数，其对于润滑油而言比对于制冷剂而言高得多，大致高两倍。因此，作为制冷剂与润滑油的混合物的润滑剂在滚动接触时的黏度随着混合物中的制冷剂的百分比的增大而降低，这不仅是由于制冷剂的实际运动黏度较低，而且还由于制冷剂的压力系数较低。因此，制冷剂(与)油(的)混合物的计算的黏度比κ不是滚动接触时膜厚度的直接比例量度。出于所述的原因，实际的膜厚度低于可能基于κ的值所认为的(膜厚度)。换言之，具有与所考虑的制冷剂(与)润滑油(的)混合物相同的黏度比的纯润滑油的膜厚度大于该混合物的膜厚度。此外，黏度比或膜厚度对应地取决于轴承的转速。速度越低，黏度比以及进而膜厚度就越低。这是因为以下事实：如上述，标称黏度随着转速的增大而降低。根据(一个)有利的实施方式，在第二工作状态下，黏度比为κ>1。第一工作状态例如可以是存在低转速的工作状态，而第二工作状态例如可以由比第一工作状态高的转速表示。例如，在第一工作状态下，角球轴承的转速参数可以低于300.000mm/min，在第二工作状态下可以高于1.000.000mm/min。作为一种选择或另外地，第一工作状态还可以由比第二工作状态高的温度表示。为了提高温度，具有恒定百分比的制冷剂的工作介质的黏度降低，使得黏度比降低。另一方面，为了降低温度，工作介质中的制冷剂的百分比可以增大，使得总体上黏度因该效果而降低。还可能的是，为了提高温度，黏度以及因此的黏度比由于初始时(atfirst)工作介质中的制冷剂的百分比降低而增大，但由于黏度的温度依赖性为了进一步升高温度而降低。因此，第一工作状态可以存在于第一温度范围，第二工作状态可以存在于与第一温度范围不同的第二温度范围。优选的是，富含润滑油的第二工作介质不仅可以用于润滑角球轴承，而且还可以用于单独地润滑制冷剂压缩机的另外的组成部件，例如在螺杆式压缩机的情况下润滑转动的螺杆输送器(screwconveyors)。由此，富含润滑油的第二工作介质优选用于冷却和用于密封另外的组成部件的间隙公差(gaptolerances)。本发明的(一个)优点在于，与传统的解决方案相比，由于润滑剂中的制冷剂的百分比可以显著(substantially)高于20重量百分比，因此减小了对用于提供第二工作介质的油分离器的要求。优选的是，角球轴承被构造为可以沿一个方向支撑轴向力的单列角球轴承。作为一种选择，角球轴承可以被构造为四点轴承，其可以在两个方向上支撑轴向力。通过使用至少部分地由陶瓷构成的至少第一球，轴承变得对黏度比κ<1的润滑膜的缺陷有更好的抗性，否则这将会导致滚道的损坏。根据本发明，至少第一球的表面由陶瓷构成。优选的是，使用氮化硅si3n4。由此本发明的第一球提供了比内圈和外圈的滚道硬的表面。从而根据本发明，通过第一球的较硬的表面在滚道上滚动并使滚道平滑，部分地去除了因润滑状况不充分而导致的微小损伤(诸如微小点蚀(micropitting))，从而延长了(也在不良的润滑状况期间的)轴承的使用寿命。优选的是，内圈和外圈及其对应的滚道由传统的球轴承钢制成，其中钢无需因不良的润滑状况而满足任何特殊要求。在优选的冷却系统中，制冷剂包括烯烃(alkenes)的衍生物。作为特别优选的衍生物，提供了也被称为hfo的氢氟烯烃或也被称为hcfo的氢氯氟烯烃的衍生物。根据优选的实施方式，还可以使用尤其包括了hfo和hcfo的制冷剂作为制冷剂。以此，有利的是优选的烯烃的衍生物(由于其gwp值低于传统的制冷剂(的gwp值)而因此)是特别环境友好的。全球变暖潜能(globalwarmingpotential)被称为gwp值，表示制冷剂对温室效应的直接贡献。然而，优选的制冷剂具有比传统的制冷剂低的润滑潜能。另外，它们更容易挥发。根据冷却系统的(一个)有利的实施方式，油分离器使工作介质中的制冷剂的百分比减小到30重量百分比至60重量百分比之间的值，使得富含润滑油的第二工作介质提供有(provides)百分比在30重量百分比至60重量百分比之间的制冷剂。特别的是，当使用hfo(s)和/或hcfo(s)作为制冷剂时，有利的是，油分离器无需被费事地构造为在所有情况下使被隔离的(segregated)工作介质中的制冷剂的百分比减小到<20重量百分比。因此，根据本发明，可以使用传统构造的油分离器。根据冷却系统的另一有利的实施方式，设置有第一和第二工作介质的共同的工作介质回路，其中轴承部位被相对于第一工作介质密封。理论上，理想的是借助于与制冷剂回路完全分离的单独的润滑剂回路来润滑转子的轴承部位。然而，为了这个目的，将需要复杂的密封系统来永久确保制冷剂与润滑剂的可靠分离。由于可靠的分离将是极其复杂和昂贵的，因此至少在子区域中提供第一和第二工作介质的共同的工作介质回路，在该共同的工作介质回路中发生这两种工作介质的混合。根据本发明的油分离器用于将共同的工作介质回路分离成两个回路，每个回路具有这两个工作介质中的一者。为了可靠地防止第二工作介质与第一工作介质在轴承部位的区域无意地(unintentionally)混合，设置有密封装置。该密封装置优选设置在转子的转子轴与座(housing)之间，并使轴承部位相对于压缩机的高压侧密封。根据另一优选的实施方式，角球轴承的所有球均由陶瓷制成或者具有陶瓷表面。由此，有利的是，所有的球被形成为陶瓷球，因而具有相同的物理特性(诸如热膨胀)。此外，如果仅使用一种类型的球，则角球轴承的组件(assembly)不像每个轴承使用各种球那样复杂。特别有利的是，内圈和/或外圈由轴承钢制成。由于与圈和滚动体由陶瓷构成或设置有陶瓷表面的轴承相比，由轴承钢制成的轴承圈可以比由陶瓷制成或具有陶瓷滚道表面的轴承圈制造更容易且更便宜，因此这是有利的。由滚动轴承钢(rollerbearingsteel)制作角球轴承的圈的另外的优点是轴承圈和球具有相当的(comparable)物理特性。即使基本上只有一些(甚至单个)陶瓷球(也将)足以对滚道的表面质量产生积极的影响，已经发现，在工作介质中的(特别是具有烯烃(alkenes)的)制冷剂的百分比增大的情况下，和/或在制冷剂的百分比高于30体积百分比的情况下，完全的陶瓷球的列可以确保滚道的表面质量保持在期望范围内。总之，由此角度球轴承可以在工作介质中的制冷剂的百分比在25重量百分比至80重量百分比之间的情况下被具有足够长的使用寿命地更有成本效益地生产。在工作介质中的制冷剂为30重量百分比至60重量百分比的特别优选的范围内，所有的球均由陶瓷制成的球的列(set)以及内圈和外圈未由陶瓷制成或未具有陶瓷表面的圈的列(sets)将足以达到所需的使用寿命。根据角球轴承的另一优选实施方式，角球轴承设置有内圈、外圈和在这两个圈之间滚动的球，其中内圈和/或外圈设置有氮化(nitrided)或碳氮化(/碳氮共渗)(carbonitrided)的滚道。优点在于，由于氮化或碳氮化的滚道，滚道在不充分的润滑状况期间具有改善的表面阻抗性(surfaceresistance)。由此可以进一步提高角球轴承的使用寿命。作为一种选择，内圈和/或外圈可以是表面硬化的(case-hardened)或者可以具有表面硬化的滚道。这也可以在不充分的润滑状况期间提高表面阻抗性，从而延长使用寿命。陶瓷球与氮化或碳氮化的滚道的组合是特别有利的。优选的是，设置碳氮化滚道。根据滚道的另一优选实施方式，滚道被抛光(burnished)。由于滚道上的抛光层，滚道设置有涂层，这对试车行为(running-inbehavior)产生积极的影响。因此，人们认为(itisacceptedthat)，在制冷剂压缩机的运行期间，抛光层随时间消耗，然而，这对于试车行为的积极特性(positivecharacteristics)而言是次要重要的(lesserimportance)。总之，在当前的润滑状况下，轴承的使用寿命可能会受到积极的影响，即被延长。根据滚道的优选实施方式，滚道为碳氮化的(/碳氮共渗的)(carbonitrided)，其中优选的是，表面还可以在被碳氮化(carbonitrided)之后被抛光。因此，有利的是，两种方法的积极效果可以被组合在表面上，因此进一步增加了使用寿命(lifespan)。根据本发明的(一个)实施方式，轴承部位至少设置有第二轴承，其中第二轴承为圆柱滚子轴承。由于第二轴承作为圆柱滚子轴承的构造，因此作用在轴承部位上的径向力被圆柱滚子轴承支撑，由此角球轴承主要需要支撑轴向力。作为一种选择或另外地，可以使用另外的角球轴承或径向球轴承。特别是，使用被构造为单列角球轴承的第三轴承是有利的，因此，可以通过所使用的两个角球轴承来支撑两个方向上的轴向力。作为一种选择或另外地，可以使用滚针轴承来代替用于支撑径向力的圆柱滚子轴承。根据第二轴承的(一个)优选实施方式，第二轴承设置有内圈、外圈和在这二者之间滚动的滚动体，其中至少一个滚动体由陶瓷制成。优选的是，使用的陶瓷为si3n4。根据两个轴承的特别优选的实施方式，第一和第二轴承的所有球均由具有陶瓷表面的陶瓷构成，轴承圈未由陶瓷制成。这种实施方式被称为混合轴承。将第一和第二轴承两者设计为混合轴承在当前的润滑状况下特别具有成本效益。根据制冷剂压缩机的(一个)优选实施方式，在冷却系统的工作(operation)期间，制冷剂压缩机以变化的转速工作(operated)。因此，有利的是，冷却系统可以根据要求来工作，使得可以在较低性能要求期间降低压缩机的转速并因而降低性能，从而实现能量优化的使用。由于工作介质的主要(dominant)黏度比直接取决于轴承的转速，因此黏度比随着转速的降低而降低。因此，润滑状况相应地恶化。由于至少第一角球轴承被构造为混合轴承，因此压缩机可以以可变转速使用，而不会由于根据转速变化而导致的润滑状况而可持续地损坏轴承。本发明还涉及一种冷却系统的工作方法(/用于操作/用于运行冷却系统的方法)(amethodforoperatingacoolingsystem)，其中制冷剂压缩机的转子以变化的转速工作(operated)。附图说明以下基于图1-图4进一步说明本发明。这里，图1示出了根据本发明的具有螺杆式压缩机的冷却系统。图2示出了根据本发明的具有离心式压缩机的冷却系统。图3示出了根据本发明的另一具有离心式压缩机的冷却系统。图4示出了根据本发明的螺杆式压缩机的截面。附图标记说明2制冷剂压缩机4油分离器6存放处/部位(depository)8转子10角球轴承12角球轴承的内圈14角球轴承的外圈16球17陶瓷球18工作介质回路19第一工作介质20第二工作介质22第二球24滚道26第二轴承28第二轴承的内圈29第二轴承的外圈30第二轴承的滚动体32冷凝器34膨胀阀36蒸发器37油存储器38油泵39配管部分40驱动马达41螺杆42螺杆43圆柱滚子轴承44圆柱滚子轴承45密封装置46输入配管48输入配管50输出配管52输入配管具体实施方式在图1中，示出了本发明的第一冷却系统，其实质上设置有(substantiallyprovides)(以下)组成部件：制冷剂压缩机2、油分离器4、冷凝器32、膨胀阀34、蒸发器36和相关联的配管系统(pipesystem)。实质上提供了hfo和hcfo的衍生物(derivativesofhfosandhcfos)的制冷剂用作冷却系统工作(/运行)的制冷剂。在工作介质(operatingmedium)中，提供了制冷剂和百分比为0.5重量百分比(0.5％byweight)到2重量百分比的润滑油，使得制冷剂作为油混合物而存在。压缩机压缩工作介质并将工作介质供给到油分离器4。在油分离器4中，油被与工作介质分离，工作介质回路被分成两个子回路(sub-circuits)。在通向(runto)冷凝器32的第一子回路中，工作介质中的制冷剂的百分比在98重量百分比至99.5重量百分比之间。在返回到制冷剂压缩机的第二子回路中，工作介质中的制冷剂的百分比在25重量百分比至80重量百分比之间。如此油分离器将共同的(joint)工作介质回路分离成第一回路和第二回路，其中第一回路提供富含制冷剂的工作介质，第二回路提供与第一回路相比富含油的工作介质。在从制冷剂压缩机2到油分离器4的通道(passage)中，第一工作介质与第二工作介质混合并表示(represent)工作介质回路的共同部分。被压缩的第一工作介质被供给到冷凝器32，冷凝器32冷却并液化第一工作介质。从(冷凝器32)那里，液体工作介质经由膨胀阀34供给到蒸发器36，膨胀阀34使液体工作介质的压力减小，从而使液体工作介质冷却。然后当前为气态的第一工作介质被从蒸发器供给到制冷剂压缩机2的吸入侧，制冷剂压缩机2再压缩冷的气态的第一工作介质并将其再供给到回路。通过油分离器分离的第二工作介质被引导到压缩机，并从(压缩机)那里经由注射配管(injectionpipe)被引导到轴承部位(bearingsites)，使得第二工作介质在轴承的滚动体与滚道之间形成润滑膜从而润滑轴承。在通过轴承之后，被供给到轴承的第二工作介质经由出口配管返回到压缩机的吸入侧。作为一种选择，还可以设置成第二工作介质的至少一部分经由出口配管直接返回到油分离器的输入侧。此外，由油分离器提供的第二工作介质的一部分经由注射配管被直接供给到螺杆式压缩机的螺杆(screwsofscrewcompressor)，用于润滑相接合的螺旋绕组(screwwindings)，或者另外冷却和使它们彼此密封。从(螺杆式压缩机的螺杆)那里，第二工作介质与被压缩的第一工作介质立即(immediately)混合。在图2中，示出了根据本发明的第二冷却系统，其实质上设置有(以下)组成部件：制冷剂压缩机2、油分离器4、冷凝器32、膨胀阀34、蒸发器36、油泵38和相关联的配管系统。与图1的制冷剂压缩机相比，图2的制冷剂压缩机2被构造为离心式压缩机(centrifugalcompressor)，图2表示具有离心式压缩机的冷却系统的液压原理图(hydraulicschematicdiagram)。第一工作介质19的工作介质回路与图1中的(回路)实质上相同，并形成经过(over)制冷剂压缩机2、冷凝器32、膨胀阀34、蒸发器36回到制冷剂压缩机2的回路。在图2中，油分离器4位于蒸发器36的(流体方面的)下游，并借助于油泵38泵送(油泵38将位于蒸发器36的底部区域中的液体工作介质泵送回到油分离器4)。油分离器4使第一工作介质中的制冷剂的百分比减小到25重量百分比至80重量百分比之间的值，并将该富含油的第二工作介质提供给油分离器4的输出，由该输出(处)被供给到制冷剂压缩机2，并从(制冷剂压缩机2)那里经由注射配管供给到轴承部位以用于润滑轴承。在已经通过轴承部位之后，第二工作介质返回到离心式压缩机2的吸入侧。被油分离器4分离的第一工作介质的富含制冷剂的其它部分与来自蒸发器的第一工作介质一起经由配管部分39供给到离心式压缩机的吸入侧。在图3中，示出了根据本发明的第二冷却系统，其实质上设置有(以下)组成部件：制冷剂压缩机2、油分离器4、冷凝器32、膨胀阀34、蒸发器36、油泵38、油储存器(oilreservoir)37和相关联的配管系统。图3的制冷剂压缩机2被构造为离心式压缩机，图3表示具有离心式压缩机的冷却系统的另一液压原理图。第一工作介质19的工作介质回路与图1中的(回路)实质上相同，并形成经过制冷剂压缩机2、冷凝器32、膨胀阀34、蒸发器36回到制冷剂压缩机2的回路。图3的油分离器未被设计为单独的组成部件，而是在功能上集成于蒸发器36中。换言之，组成部件36既用作蒸发器又用作油分离器。在蒸发器36中，富含液体油的工作介质形成在蒸发器的上部，该富含液体油的工作介质被分离并作为第二工作介质经由配管供给到油存储器37。第二工作介质借助于油泵38从油存储器37泵送到制冷剂压缩机2，并从(制冷剂压缩机2)那里(fromthere)经由注射配管供给到轴承部位以用于润滑轴承。在已经通过轴承部位之后，第二工作介质大部分被引导回到油存储器37。然而，由于在密封(件)处的泄漏，因此第二工作介质(中)的一小部分到达离心式压缩机2的吸入侧，因此，被供送到第一工作介质及其工作介质回路。在功能上集成于蒸发器中的油分离器使第一工作介质中的制冷剂的量减小到25重量百分比至80重量百分比之间的值，并将富含油的第二工作介质提供给蒸发器的出口，从(蒸发器的出口)那里供给到油存储器并从(油存储器)那里借助于油泵38供给到制冷剂压缩机。对应地被蒸发器36和油分离器4分离的第一工作介质的其余的富含制冷剂的其它部分经由配管部分供给到离心式压缩机的吸入侧。在图4中，示出了图1的本发明的制冷剂压缩机2的截面。制冷剂压缩机2被构造为螺杆式压缩机，并且实质上设置有驱动马达40和转子8，转子8设置有两个接合的螺杆(screws)41和42。这两个螺杆41、42各自坐落(sit)在它们自己的轴上，各轴被单独地安装。转子8在制冷剂压缩机2的吸入侧被两个圆柱滚子轴承43和44支撑。在制冷剂压缩机2的背离马达40的加压侧，转子8通过轴承部位(bearingsites)6而支撑在座内。轴承部位6通过密封装置45而被密封于加压侧。经由输入配管46和48，第二工作介质被引入到密封装置与轴承部位6的轴承之间的轴承部位6内。根据本发明，密封装置45被构造成使得密封装置45在摩擦方面被优化，即摩擦以及进而的损耗是最小的。然而，为此，密封装置未被构造成完全密封住(sealup)，而是允许第一工作介质从加压侧传递到轴承部位的一定的泄漏。沿流动方向，第二工作介质沿轴向通过轴承部位6，并经由出口配管50离开轴承部位6，并返回到压缩机2的吸入侧。经由另外的进口配管(inletpipe)52，第二工作介质被引导到螺杆41和42以进行润滑。轴承部位6设置有两个轴承组件(bearingpackages)，其中的每一个轴承组件将螺杆41和42的轴支撑在座内。第一轴承组件54设置有三个沿轴向设置的角(接触)球轴承(angularballbearings)10和(一个)圆柱滚子轴承11。角球轴承10和圆柱滚子轴承11被设计为混合轴承，即，每个角球轴承10的所有球和圆柱滚子轴承11的所有圆柱滚子均由氮化硅si3n4制成；然而，角球轴承和圆柱滚子轴承的外圈和内圈均由球轴承钢制成。流过轴承部位6以用于润滑的第一工作介质提供了25重量百分比至80重量百分比的制冷剂。所述制冷剂很大部分(/程度)地(toagreatpart)包括与传统的制冷剂(诸如r134a)相比黏性较小因而具有较差的润滑特性的氢氟烯烃(hydrofluorooelfins)和氢氯氟烯烃(hydrochlorofluorooelfins)。鉴于与成本相比的性能(/性价比)，根据本发明，特别有利的是，当使用提供了在25重量百分比至80重量百分比之间的氢氟烯烃和氢氯氟烯烃的制冷剂(与)油(的)混合物时，使用被构造为(with)混合轴承的角球轴承10和圆柱滚子轴承11来支撑制冷剂压缩机的转子轴。一方面，可以使用已知设计的油分离器来代替昂贵且复杂的油分离器，即使使用包含了hfo和/或hfco的制冷剂，也能够将制冷剂的百分比可靠地设定在低于20重量百分比。另一方面，制冷剂压缩机还可以以可变的转速工作(/运行)。当转速降低时，黏度比κ也降低，导致润滑状况恶化。本发明的具有混合轴承的实施方式可以补偿这种润滑状况的恶化，从而优化了操作制冷剂压缩机要求。与(轴承圈和滚动体两者均由陶瓷构成的)纯陶瓷轴承相比，混合轴承更便宜但是不那么有效。然而，在所要求的25重量百分比至80重量百分比的范围内，已经发现相对于所需的使用寿命(lifespan)而言性能是相同的，因此混合轴承将是优选的，另外因为它们还允许制冷剂压缩机的可变(转速)工作(/运行)。当前第1页12当前第1页12