CN101165439A - 制冷设备 - Google Patents

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Abstract

为了改进制冷设备，其中所述制冷设备包括：制冷剂回路；高压侧制冷剂冷却热交换器；膨胀冷却装置；用于主质量流的储存器；至少一个正常冷却级；从储存器移除总强烈冷却质量流的强烈冷却级；以及至少一个制冷剂压缩机单元，其被设置在冷却剂回路中，使得它具有更好的效率，提出：强烈冷却级具有用于进一步冷却总强烈冷却质量流的强烈冷却膨胀冷却设备，其在激活状态下冷却总强烈冷却质量流，从而产生：供至强烈冷却膨胀元件的主强烈冷却质量流；和附加的强烈冷却质量流。

Description

制冷设备
技术领域
本发明涉及一种制冷设备，包括：制冷剂回路，制冷剂的总质量流在所述制冷剂回路中循环；设置于制冷剂回路内的高压侧制冷剂冷却热交换器；膨胀冷却装置，其被设置于制冷剂回路内，并在激活的状态下冷却制冷剂的总质量流，从而产生液体制冷剂的主质量流和气态制冷剂的附加质量流；用于主质量流的储存器；至少一个正常冷却级，其从储存器移除正常冷却质量流，并且具有正常冷却膨胀元件和低压侧正常冷却热交换器，其被设置在所述的膨胀元件的下游并为正常冷却提供制冷能力；强烈冷却级，其从储存器中移除总强烈冷却质量流，并具有强烈冷却膨胀元件和提供制冷能力的下游强烈冷却热交换器；并且还具有位于该强烈冷却热交换器下游的强烈冷却压缩机单元；和至少一个制冷剂压缩机单元，其设置在制冷剂回路中，并将主质量流和附加质量流的制冷剂压缩至高压。
背景技术
特别适合采用二氧化碳作为制冷剂的这样一种制冷设备如DE 102004 038 640 A1公开内容所述，这种制冷设备中的效率并非最优的，尤其是考虑到其采用的强烈冷却级。
发明内容
因此本发明的目的是将开始所描述类型的制冷设备改进至其具有更优的效率的程度。
在开始所述类型的制冷设备的情况下，通过具有用于进一步冷却总强烈冷却质量流的强烈冷却膨胀冷却装置的强烈冷却级实现上述目的，这种设备在激活的状态下冷却总强烈冷却质量流，并从而产生供应至强烈冷却膨胀元件的主强烈冷却质量流，和附加强烈冷却质量流。
根据本发明的方法的优点在于，强烈冷却膨胀冷却装置可以进一步增加在强烈冷却温度下可以被吸收的热量的大小，并进而进一步增加根据本发明的制冷设备的效率，通过吸收强烈冷却热交换器中的热能而在强烈冷却温度下可以实现的焓的增加被最佳地匹配于制冷剂的热力学状态，尤其是二氧化碳作为制冷剂的热力学可能状态。
特别地，一个实施例提供，为了增加在热交换器中的可用焓差，或者为了进一步降低主强烈冷却质量流的焓，提供强烈冷却膨胀装置，该强烈冷却膨胀装置在激活状态下使得总强烈冷却质量流膨胀，从而产生供应至强烈冷却膨胀元件的主强烈冷却质量流，和附加强烈冷却质量流。
至今还没有进一步关于出现在强烈冷却膨胀冷却装置内的中等强烈冷却压力的描述的详细说明。
优选的，中等强烈冷却压力位于膨胀冷却装置的中间压力和强烈冷却压缩机单元的吸入压力之间，以便于适应由在强烈冷却膨胀冷却装置中最佳膨胀至制冷设备条件的可能的焓降。
在这种情况下，提供一种解决方法：在强烈冷却膨胀冷却装置中，中等强烈冷却压力至少比膨胀冷却装置的中间压力低大约2巴。
更好的是，中等强烈冷却压力至少比膨胀冷却装置的中间压力低大约4巴。
此外，一种合适的方案为：在强烈冷却膨胀冷却装置中，中等强烈冷却压力比强烈冷却压缩单元的吸入压力高大约2巴。
更好的是，中等强烈冷却压力至少比强烈冷却压缩单元的吸入压力高大约4巴。
在这种情况下，尤其有利的是，在强烈冷却膨胀冷却装置中，中等强烈冷却压力位于膨胀冷却装置的中间压力和强烈冷却压缩机单元的吸入压力之间的压力差的中间范围内。
一种特别适合的方案为，在强烈冷却膨胀冷却装置中，中等强烈冷却压力位于膨胀冷却装置的中间压力和强烈冷却压缩单元的吸入压力之间的被分成三份的压力差的中间一份内。
至今还没有进一步详细的、关于附加强烈冷却质量流的排出的描述。因此，例如，可以想到的是，通过强烈冷却压缩单元、可选的为强烈冷却压缩机单元的附加压缩级，来压缩附加强烈冷却质量流。
但是，一种特别简单的方案为，附加强烈冷却质量流被供给到制冷剂压缩机单元，因此，不通过强烈冷却压缩机单元执行压缩。
在这种情况下，如前所述，仍旧可以将附加强烈冷却质量流供给到制冷剂压缩机单元的单独附加压缩级。
根据本发明的制冷设备的简化实施例提供，附加强烈冷却质量流被供给到制冷剂压缩机单元的吸入线路，因此不再需要附加压缩级。
在这种情况下，如前所述，能够想到的是，通过节气元件将中等强烈冷却压力设定到不同于吸入线路处的压力的理想水平。
但是，根据本发明的制冷设备的简化实施例提供，在不调节压力的情况下，附加强烈冷却质量流供给到制冷剂压缩机单元的吸入线路，从而不需要用于中等强烈冷却压力的压力调节的附加措施。
根据本发明的方案的一个具体实施方式，中等强烈冷却压力被适当地选择，使得其位于制冷剂压缩机单元的吸入线路的低压范围内。
在最简化的情况下，中等强烈冷却压力大约对应于制冷剂压缩机单元的吸入线路处的低压。
而且，根据本发明的方案的一个具体实施方式，制冷剂压缩机单元可以被这样构造，即使得具有用于正常冷却质量流和附加强烈冷却质量流的不同制冷剂压缩机。
一种特别简单的方案提供，附加强烈冷却质量流与膨胀至低压的正常冷却质量流一起供给到制冷压缩机单元，从而制冷压缩机单元吸入并压缩这两种质量流的总和。
至今还没有进一步关于进一步压缩被强烈冷却压缩单元压缩的主强烈冷却质量流的详细描述。
这种离开强烈冷却压缩单元的主强烈冷却质量流可以同样被供给到单独压缩级。
一种结构上的简单方案提供，由强烈冷却压缩单元压缩的主强烈冷却质量流被供给到制冷压缩机单元，并而后由制冷压缩机单元压缩至高压。
主强烈冷却质量流的进一步压缩可以通过制冷压缩机单元的附加压缩级进行。
特别有利的是，由强烈冷却压缩单元压缩的主强烈冷却质量流与膨胀的正常冷却质量流混合，并被供给到制冷剂压缩机单元的吸入线路。在这种情况下，压缩的、但因而被加热的主强烈冷却质量流与膨胀的、但冷却的正常冷却质量流的混合具有使主强烈冷却质量流的焓被降低的效果，从而获得压缩的主强烈冷却质量流和膨胀的正常冷却质量流的总焓。
特别地，通过由强烈冷却压缩单元压缩的主强烈冷却质量流对膨胀的正常冷却质量流的加热，结果具有这样的效果：待由制冷剂压缩机单元压缩的制冷剂被供给到基本上不含液态成分的后者，且因此处在过热状态下。
一种特别有利的方案提供，由强烈冷却压缩单元压缩的主强烈冷却质量流、附加强烈冷却质量流和膨胀的正常冷却质量流被相互混合，并被供给到制冷剂压缩机单元的吸入线路，并从而上述所有的质量流被通过制冷剂压缩机单元一起压缩。
这种方案具有特别的优点是，正常冷却级和强烈冷却级不同的操作条件(也就是说不同的制冷能力)至少部分地平坦，因此简化了制冷剂压缩机单元的调节。
至今还没有进一步的关于强烈冷却膨胀冷却装置的操作模式的细节的说明。
因此，一种有利的解决方案提供。相比于总强烈冷却质量流的焓，强烈冷却膨胀冷却装置使主强烈冷却质量流的焓降低至少10％。
更有利的是，强烈冷却膨胀冷却装置使主强烈冷却质量流的焓降低少20％。
而且，在有利的实施例的情况下，可以通过强烈冷却膨胀冷却装置建立主强烈冷却质量流的热力学状态，所述强烈冷却膨胀冷却装置产生处于比正常冷却质量流低的压力和焓值的热力学状态下的主强烈冷却质量流。
为了在低温下获得最优的冷却效果，优选的是，通过强烈冷却膨胀装置产生的主强烈冷却质量流的压力和焓值位于焓/压力曲线图的饱和曲线附近。
更好的是，通过强烈冷却膨胀装置产生的主强烈冷却质量流的压力和焓值基本上位于焓/压力曲线图的饱和曲线上。
至今还没有关于和现有描述的示例性实施例相联系的膨胀冷却装置的作用模式进一步的细节。因此，一种有利的示例性实施例提供，膨胀冷却装置具有用来将总质量流膨胀到中间压力的膨胀元件，而且提供，可以设定中间压力的最大值。
如果中间压力可以被设定至最大值40巴或更少，则在这种情况下特别有利，这是因为至少对于正常冷却级，这样易于执行管道系统。
设定的调节能力可以通过膨胀元件的调节能力而获得，因此通常可以被采用被证明可以达到这种压力的标准部件。
作为膨胀元件调节能力的一种替代或者附加，一种更有利的示例性实施例提供，中间压力可以通过向制冷压缩机单元的附加吸入线路供给至少部分的附加质量流来设定。
在这种情况下，具有附加吸入线路的这样一种制冷压缩机单元可以以许多的不同方法构造。一种解决方案提供，制冷压缩机单元具有带有附加压缩级的制冷压缩机。
但是，也可以想到的是，从多个制冷压缩机构造制冷压缩机单元，并从而提供制冷压缩机中的一个用来压缩附加质量流。
特别地，在这种情况下，有利的是，在附加吸入线路处可用的制冷压缩机单元的传输能力能够被设定，从而使得中间压力也可以通过设定可用的传输能力的设置来被设置。
在附加吸入线路处的传输能力的设置可以通过激活的附加压缩级的数量或者提供用来压缩附加质量流的各个制冷压缩机的数量和/或者其速度而调节。
作为通过将附加质量流供给到制冷压缩机单元的附加吸入线路而对中间压力进行设定的替代或附加，另一种方案提供，中间压力可以通过向制冷压缩机单元的吸入线路供给至少部分的附加质量流而被设定。
这种方案具有的优点是，其消除了提供特别用于附加吸入线路的附加压缩级或制冷剂压缩机的需要，而是，附加质量流仅仅需要被导向在任何情况下用来压缩制冷剂的主质量流的制冷压缩机单元的吸入线路。但是，这种方案的微小缺点在于降低了效率。
而且，当附加质量流被供给吸入线路时，有必要提供可调节的节流元件，以便允许中间压力被此节流元件设定。
一种特别有利的解决方案在于，其基本上允许在所有操作状态和所有温度条件下最优地操作制冷设备，所述方案提供了控制器，其将附加质量流供应至附加吸入线路，或供应至后者，并部分地供应至制冷压缩机单元的吸入线路。
这允许提供的附加吸入线路和压缩能力总是在其使用时可用，但是如果附加质量流的较大部分可以被供给到制冷压缩机单元的吸入线路，则在存在较高附加质量流的情况下，中间压力被保持在可调的最大值之下。
对于膨胀冷却装置自身的作用模式，至今没有对各个示例性实施例的相关解释的进一步细节描述。
因此，一种有利的实施例提供，相比于总质量流的焓，膨胀冷却装置使主质量流的焓降低至少10％。
更为有利的是，膨胀冷却装置使主质量流的焓降低至少20％。
对于膨胀冷却装置的使用，特别地提供，在制冷设备的超临界运行期间，膨胀冷却装置能起作用。
特别地，当二氧化碳被用作制冷剂且具有通常的周围温度来冷却热交换器时，得到这样的超临界运行。
特别地，在有利的实施例中提供，膨胀冷却装置产生在具有比饱和曲线的最大的压力和焓值小的热力学状态的主质量流。
而且，优选是提供，由膨胀冷却装置产生的主质量流的压力和焓值位于焓/压力曲线图的饱和曲线的附近。
更好的是，由膨胀冷却装置产生的主质量流的压力和焓值基本上位于焓/压力曲线图的饱和曲线上。
特别地，为了防止制冷剂压缩机单元在吸入线路处吸入具有液态组分的制冷剂，优选的是，进入制冷剂压缩机单元的吸入线路的制冷剂可以通过设置在其上游的热交换器进行加热。这样的热交换器允许被吸入的制冷剂被加热至液态组分被基本上消除的程度，从而使得制冷剂可以被认为是过热。
热可以被通过广泛的不同的方法而供给到热交换器。
一种有利的方案是，热交换器从在热交换器的高压侧出现的总质量流上移除热，因此从热交换器的高压侧出现的、但是仍然被加热的总质量流可以被用于加热进入制冷剂压缩机单元的制冷剂，同时通过交换而用来冷却总质量流。
附图说明
更多的本发明的特征和优点是下面的表述和图示的一些示例性实施例的主题。
在图中：
图1表示根据本发明的制冷设备的第一示例性实施例的管道系统图的示意图；
图2表示根据本发明的超临界循环过程的解决方案的第一示例性实施例的压力[P]与焓[h]的示意图；
图3表示根据本发明的制冷设备的第二具体实施方式的、类似图1的示意图；
图4表示根据本发明的制冷设备的第三具体实施方式的、类似图1的示意图；
图5表示根据本发明的制冷设备的第四具体实施方式的、类似图1的示意图。
具体实施方式
图1中所示为根据本发明的第一示例性实施例的制冷设备，其包括整体表示为10的制冷剂回路，其中设置有整体以12表示的制冷剂压缩机单元，在该示例性实施例中，所述制冷剂压缩机单元12包括有多个独立的制冷剂压缩机14，例如四个制冷剂压缩机14。
每一个制冷剂压缩机14都具有位于吸入侧上的接头16和位于压力侧上的接头18，全部的吸入侧接头16被组合在一起，从而形成制冷剂压缩机单元12的吸入线路20，全部的压力侧接头18被组合在一起，从而形成制冷剂压缩机单元12的压力线路22。
因此，全部的制冷剂压缩机14并行运行，但是可以通过使一些制冷剂压缩机14运行，而一些不运行，来使制冷剂压缩机单元12的压缩输出变化。
而且，可以通过对运行中的单个制冷剂压缩机14进行速度可变控制，来使制冷剂压缩机单元12的压缩输出变化。
此外，每个制冷剂压缩机14也具有附加接头24，制冷剂压缩机的全部附加接头24被组合在一起，从而形成制冷剂压缩机单元12的附加吸入线路26。
由制冷剂压缩机单元12经附加吸入线路26而吸入的制冷剂也被该制冷剂压缩机单元压缩至高压，并与经由吸入线路20而吸入且在制冷剂压缩机单元12的压力线路22处被压缩至高压的制冷剂一起出现。
在制冷剂压缩机单元12的压力线路22处出现且被压缩至高压的制冷剂形成总质量流G，且其流过高压侧热交换器30，通过此热交换器30对压缩至高压的制冷剂进行冷却。
依赖于是否实现了亚临界循环过程或超临界循环过程，在热交换器30中对被压缩至高压的制冷剂进行的冷却导致其液化，或仅仅至冷却至制冷剂保持在气态的低温。
在通常获得超临界循环过程的常用周围条件下，如果二氧化碳(即CO2)用作制冷剂，由于其仅仅冷却至对应于处于露点和沸点线外、或饱和曲线之外的等温线的温度，因此不会发生制冷剂的液化。
与此相比较，亚临界循环过程提供，热交换器30实现冷却至对应于穿过制冷剂的露点和沸点线、或饱和曲线的等温线的温度。
通过压力管线31，由热交换器30冷却的制冷剂随后被膨胀元件32(例如表示膨胀冷却设备的膨胀阀)膨胀至中间压力PZ，这个压力对应于穿过制冷剂的露点和沸点线、或饱和曲线的等温线。
这具有这样的效果：来自热交换器30并进入膨胀元件32的总质量流G转变为主质量流H呈液态制冷剂形态且附加质量流Z呈气态制冷剂形态的热力学状态。这两个质量流被收集在被称为收集器34表示的储存器中，并且两个质量流彼此相互分离，附加质量流Z被制冷剂压缩机单元12经从收集器34延伸到附加吸入线路26的吸入管线36吸走，收集器34中的中间压力PZ可以通过在附加吸入线路26处可用的制冷剂压缩机单元12的输送能力而进行设定。
在这种情况下，中间压力PZ优选被设置为小于40巴的压力，从而允许跟随收集器34的制冷剂回路10的管线和组成系统被设计用于低于40巴的压力。
为了将中间压力PZ保持在低于40巴的水平下，优选提供控制单元40，利用压力探测器42记录收集器中的中间压力PZ，并能够连接或者不连接单独制冷剂压缩机14的各个附加接头24至附加吸入线路26。
例如，制冷剂压缩机14可以以与德国专利申请10 2005 009 173.3一致的方式形成，并且被例如形成为各个制冷剂压缩机14的多个气缸中的一个的吸入侧接头，在这里，气缸还可用来从附加质量流量Z经附加吸入线路26吸入制冷剂，或从供应至制冷剂压缩机单元12的吸入线路20的膨胀后的主质量流吸入制冷剂。
在收集器34之后，由液态制冷剂组成的主质量流H被分为正常冷却质量流N，其被供应至至少一个正常冷却膨胀元件50或者两个正常冷却膨胀元件50a、50b，以及还供应至位于相应的正常冷却膨胀元件50下游的至少一个正常冷却热交换器52。
相应的正常冷却膨胀元件50使正常冷却质量流N的制冷剂从中间压力PZ膨胀至低压PN，这种膨胀使得正常冷却质量流N的制冷剂以已知的方式冷却，从而可以在正常冷却热交换器52中吸收热量，从而产生焓增。
被膨胀至低压PN的正常冷却质量流N通过吸入管线54而供至制冷剂压缩机单元12的吸入线路20，并通过后者而被压缩至高压PH。
但是，不仅正常冷却质量流N、而且总强烈冷却质量流TG由主质量流H形成，而且总强烈冷却质量流TG被供至强烈冷却膨胀冷却装置62。
强烈冷却膨胀冷却装置62使总强烈冷却质量流TG膨胀至中等强烈冷却压力PTZ，使得处于低于总强烈冷却质量流TG的温度的温度下的主强烈冷却质量流TH和气态制冷剂的附加强烈冷却质量流TZ用由液态制冷剂组成的总强烈冷却质量流TG生成。
主强烈冷却质量流TH和附加强烈冷却质量流TZ在位于强烈冷却膨胀冷却装置62下游并且形成为收集器64的储存器中相互分离，从而附加强烈冷却质量流TZ经从收集器64导向至混合器66的排出管线68排出。
混合器66优选被安放在吸入管线54内，并使附加强烈冷却质量流TZ和来自至少一个正常冷却热交换器52的膨胀的正常冷却质量流N混合起来，因此使得附加强烈冷却质量流TZ和膨胀的正常冷却质量流N相互混合，并被供至制冷压缩机单元12的吸入线路20。
然后，将收集在收集器64内的主强烈冷却质量流TH供应至至少一个强烈冷却膨胀元件70，并且被后者膨胀至低强烈冷却压力PTN，并被供至强烈冷却热交换器72，该热交换器72位于相应至少一个强烈冷却膨胀元件70的下游，而且其中，通过膨胀而冷却的主强烈冷却质量流TH可以通过在强烈冷却温度下增加焓来吸收热量。
被膨胀至低强烈冷却压力PTN的主强烈冷却质量流TH经强烈冷却吸入管线74(其被连接至至少一个强烈冷却热交换器72)而供至强烈冷却压缩单元82，该压缩单元82例如同样包括多个强烈冷却压缩机84，各个的强烈冷却压缩机84可以根据所需要的压缩输出而被连接。
强烈冷却压缩机84同样分别具有吸入侧接头86和压力侧接头88，吸入侧接头86被组合在一起，从而形成强烈冷却压缩单元82的吸入线路90，压力侧接头88被组合在一起，从而形成强烈冷却压缩单元82的压力线路92。
强烈冷却压缩单元82的吸入线路90在这种情况下被连接至强烈冷却吸入管线74，而强烈冷却压缩机单元82的压力线路92被连接至导向混合器66的强烈冷却排出管线94。
混合器66不仅混合膨胀至低压PN的正常冷却质量流N和膨胀至中等强烈冷却压力PTZ的附加强烈冷却质量流TZ，而且还混合由强烈冷却压缩单元82压缩至高强烈冷却压力PTH的主强烈冷却质量流TH，使得所有的三种质量流N、TZ和TH在低压PN(对应于吸入线路20处的吸入压力)下被供至制冷压缩机单元12的吸入线路20，并由制冷压缩机单元12压缩至高压PH。
图2中示出了对应于第一示例性实施例的超临界循环过程。
在制冷压缩机单元12的吸入线路20处出现的制冷剂对应于图2中的ZA点的状态。制冷压缩机单元12对制冷剂的压缩导致压力增加，且焓的小量增加，并且至图2中的热力学状态ZB。
此后，从状态ZB开始，压缩至高压PH的制冷剂被冷却，同时保持热交换器30中的高压PH，使得此后，制冷剂处在热力学状态ZC下，即位于制冷剂(在这种情况下为二氧化碳)的饱和曲线或者露点和沸点线110上方的热力学状态ZC下，使得在热力学状态ZC下的制冷剂像之前一样为气态。
从状态ZC开始，由膨胀制冷装置32在膨胀元件中进行制冷剂的等焓膨胀，或者事实上，等焓膨胀在膨胀器中进行，膨胀至中间压力PZ，并且进入对应于点ZD并表示液相和气相的混合的热力学状态，液相在收集器34中形成主质量流H，而气相形成附加质量流Z。
通过蒸发制冷剂来形成附加质量流Z，所述制冷剂从收集器34经吸入管线36而被排出，主质量流H到达对应于点ZE的热力学状态，且位于饱和曲线或沸点线区域内的焓h降低，而同时由于从主质量流H抽取的焓，附加质量流Z经历焓的增加而到达热力学状态ZF，这个热力学状态ZF位于饱和曲线或者饱和蒸汽线的区域内，或者靠近饱和曲线或饱和蒸汽线，从此处起，附加质量流Z重新被压缩至高压PH，确切地说是通过附加质量流Z经由制冷压缩机单元12的附加吸入线路26而被吸入并被压缩至高压PH。
从状态ZE开始，来自主质量流H的制冷剂通过等焓膨胀而被膨胀至低压PN，一方面通过至少一个正常冷却膨胀元件50而呈正常冷却质量流N的形式，另一方面通过强烈冷却膨胀冷却装置62，如果没有采用特别措施来改变中等强烈冷却压力，则中等强烈冷却压力PTZ自动采用制冷剂压缩机单元12的吸入线路20处的低压PN的压力水平。
因此，主质量流H的制冷剂一方面作为正常冷却质量流N而另一方面作为总强烈冷却质量流TG，到达对应于图2中的点ZG的热力学状态。
在正常冷却质量流N的情况中，在正常冷却热交换器中发生焓的增加，从而使得，在离开至少一个正常冷却热交换器52后，正常冷却质量流N的制冷剂到达优选的过热状态。
在总强烈冷却质量流TG的情况中，强烈冷却膨胀冷却装置62和下游的收集器64致使分离为液相和气相，所述液相形成主强烈冷却质量流TH，该主强烈冷却质量流TH由于焓的释放而转变入饱和曲线或沸点线区域中的热力学状态ZH；所述气相形成附加强烈冷却质量流TZ，其经排出管线68而被供给到制冷压缩机单元12的吸入线路20，附加强烈冷却质量流TZ通过从主强烈冷却质量流TH释放焓而经历从热力学状态ZG的焓的增加，从而其到达图2中、位于饱和曲线或饱和蒸汽线的区域的热力学状态，或者饱和曲线或饱和蒸汽线附近的热力学状态。
至少一个正常冷却膨胀元件50和其下游的正常冷却热交换器52在这种情况下形成正常冷却级100；强烈冷却膨胀冷却装置62、收集器64、排出管线68、至少一个强烈冷却膨胀元件70、强烈冷却热交换器72和强烈冷却压缩单元82形成强烈冷却级102，其结合于制冷剂回路10中，并且被部分的主质量流H(即总强烈冷却质量流TG)流过，而正常冷却级100被正常冷却质量流N流过，最后，正常冷却质量流N和总强烈冷却质量流TG又一次在低压PN下由制冷剂压缩机单元12通过吸入线路20而吸入，并且被压缩至高压PH，离开制冷剂压缩机单元12的压力线路22的总质量流G不仅由正常冷却质量流N和总强烈冷却质量流TG组成，而且另外还包括附加质量流Z，其由制冷剂压缩机单元经附加吸入线路26而吸入。
从状态ZH开始，主强烈冷却质量流TH的制冷剂被供给至少一个强烈冷却膨胀元件70，并在其中经历等焓膨胀，至低强烈冷却压力PTN，并且而后到达图2中的热力学状态ZI。
在图2中的热力学状态ZI下，主强烈冷却质量流TH可以通过强烈冷却温度下的焓增而在至少一个强烈冷却热交换器72中吸收热量，并因此到达附图2中最简单情况下的热力学状态ZJ。
在这种最简单的情况中，通过在强烈冷却热交换器72中强烈冷却膨胀元件70的过热调节，达到图2中的状态ZJ。在实际应用中，必须考虑吸入管线74中的附加引入的热量。另外还可以在吸入管线74和从图2中ZI点延伸出来的液相线之间提供一个或更多个热交换器。
从热力学状态ZJ开始，被膨胀至低强烈冷却压力PTN的主强烈冷却质量流TH由强烈冷却压缩单元82压缩至高强烈冷却压力PTH(对应于制冷剂压缩机单元12的吸入线路20的吸入压力)，该压缩伴随着焓的增加，因此达到图2中的热力学状态ZK。
通过在混合器66中，混合被压缩至高强烈冷却压力PTH的主强烈冷却质量流TH、处于更低的温度下和低压PN下的正常冷却质量流N、和同样处在更低的温度下的附加强烈冷却质量流TZ，被压缩至高强烈冷却压力PTH的主强烈冷却质量流TH在混合器66中发生焓降低，因此通过全部三个质量流TH、N、TZ达到热力学状态ZA，从此状态开始，在制冷剂压缩机单元12中进行压缩，从而到达图2中的热力学状态ZB。
在图3中所示的根据本发明的制冷设备的第二示例性实施例的情况中，与第一示例性实施例中相同的那些部分采用相同的标记数字，因此，关于相同的描述，可以完全参考与第一示例性实施例相关的完整表述。
与第一示例性实施例相对比，第二示例性实施例同样在制冷剂压缩机单元12的吸入管线36和吸入线路20之间提供连接管线120，且在所述管线内设置有可通过控制器40’控制的节流元件122。
这可以通过连接管线120将部分的附加质量流Z供至制冷剂压缩机单元12的吸入线路20，确切地说，优选地是每当附加吸入线路26处的可用输送能力被耗尽且由调节器40控制的中间压力PZ超过设定的极限值的时候。这特别出现在特殊操作状态的情况下(但是其不经常发生)，其中，附加质量流Z强烈增加，因此不经常需要的附加压缩输送在这种情况下必须提供在制冷压缩机单元12中。由于这个原因，尽管牺牲了整体效率和单位输送体积的特定制冷输出，但却可以在所有运行条件下将中间压力PZ保持在40巴以下。
关于经过的热力学状态，第二示例性实施例与第一示例性实施例完全一致，因此相关具体细节与第一示例性实施例中的细节描述完全相同。
在图4中表示的第三示例性实施例的情况中，其被提供作为第二示例性实施例的改进，制冷剂压缩机14不具有附加接头24，因此制冷剂压缩机单元12也不具有附加吸入线路26，但是取而代之的是，整个附加质量流Z经连接管线120而被供给到吸入线路20，节流元件122必须设置，使得中间压力PZ高于出现在制冷剂压缩机单元12的吸入线路20处的低压PN。
此外，关于根据图4的第三示例性实施例的作用模式，完全参考第一和第二示例性实施例的描述。
在图5表示的第四示例性实施例的情况中，作为第二示例性实施例的改进，热交换器元件130a被设置在混合器66和吸入线路20之间的吸入管线54内，并且被耦合至压力管线31内的热交换器元件130b，其中，热交换器元件130b被安放在热交换器30和膨胀冷却装置32之间，并由总质量流G流过，使得根据周围温度和部分载荷条件表示的特定环境，可以将供给到吸入线路20的制冷剂加热至不含液态组分的程度。
此外，关于第四示例性实施例的描述，完全参考第一和第二示例性实施例的描述。

Claims (32)

1.制冷设备，包括：制冷剂回路(10)，制冷剂的总质量流(G)在所述制冷剂回路(10)中循环；设置于制冷剂回路(10)内的高压侧制冷剂冷却热交换器(30)；膨胀冷却装置(32)，其被设置于制冷剂回路(10)内，并且在激活的状态下冷却制冷剂的总质量流(G)，从而产生液体制冷剂的主质量流(H)和气态制冷剂的附加质量流(Z)；用于主质量流(H)的储存器(34)；至少一个正常冷却级(100)，其从储存器移除正常冷却质量流(N)，并且具有正常冷却膨胀元件(50)和低压侧正常冷却热交换器(52)，所述低压侧正常冷却热交换器(52)被设置在所述膨胀元件的下游并为正常冷却提供制冷能力；强烈冷却级(102)，其从储存器(34)中移除总强烈冷却质量流(TG)，并具有强烈冷却膨胀元件(70)和提供制冷能力的下游强烈冷却热交换器(72)；并且还具有位于该强烈冷却热交换器(72)下游的强烈冷却压缩机单元(82)；和至少一个制冷剂压缩机单元(12)，其设置在制冷剂回路(10)中，并将主质量流(H)和附加质量流(Z)的制冷剂压缩至高压(PH)，其特征在于，强烈冷却级(102)具有用来进一步冷却总强烈冷却质量流(TG)的强烈冷却膨胀冷却装置(62)，其在激活状态下冷却总强烈冷却质量流(TG)，从而产生供给到强烈冷却膨胀元件(70)的主强烈冷却质量流(TH)和附加强烈冷却质量流(TZ)。
2.根据权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，强烈冷却膨胀冷却装置(62)中具有中等强烈冷却压力(PTZ)，其位于膨胀冷却装置(32)的中间压力(PZ)与强烈冷却压缩单元(82)的吸入压力(PTN)之间。
3.根据权利要求2所述的制冷设备，其特征在于，在强烈冷却膨胀冷却装置(62)中，中等强烈冷却压力(PTZ)至少比膨胀冷却装置(32)的中间压力(PZ)低至少大约2巴。
4.根据权利要求2或3所述的制冷设备，其特征在于，在强烈冷却膨胀冷却装置(62)中，中等强烈冷却压力(PTZ)比强烈冷却压缩单元(82)的吸入压力(PTN)高大约2巴。
5.根据权利要求2-4中的一个所述的制冷设备，其特征在于，在强烈冷却膨胀冷却装置(62)中具有中等强烈冷却压力(PTZ)，其位于膨胀冷却装置的中间压力(PZ)和强烈冷却压缩单元(82)的吸入压力(PTN)之间的压力差的中间范围内。
6.根据权利要求5的制冷设备，其特征在于，在强烈冷却膨胀冷却装置(62)中具有中等强烈冷却压力(PTZ)，其位于膨胀冷却装置(32)的中间压力(PZ)和强烈冷却压缩单元(82)的吸入压力(PTN)之间的被分成3份的压力差的中间一份的范围内。
7.根据前面的任意一项权利要求所述的制冷设备，其特征在于，附加强烈冷却质量流(TZ)被供给到制冷剂压缩机单元(12)。
8.根据权利要求7所述的制冷设备，其特征在于，其中附加强烈冷却质量流(TZ)被供给到制冷剂压缩机单元(12)的吸入线路(20)。
9.根据权利要求8所述的制冷设备，其特征在于，附加强烈冷却质量流(TZ)在不调节压力的情况下被供给到吸入线路(20)。
10.根据权利要求8或9所述的制冷设备，其特征在于，在所述制冷设备中，中等强烈冷却压力(PTZ)位于制冷剂压缩机单元(12)的吸入线路(20)处的低压(PN)范围。
11.根据权利要求7-10中的一项所述的制冷设备，其特征在于，附加强烈冷却质量流(TZ)与膨胀至低压(PN)的正常冷却质量流(N)被一同供给至制冷剂压缩机单元(12)。
12.根据前面的任意一项权利要求所述的制冷设备，其特征在于，在所述制冷设备中，由强烈冷却压缩单元(82)压缩的主强烈冷却质量流(TH)被供给至制冷剂压缩机单元(12)。
13.根据权利要求12所述的制冷设备，其特征在于，在所述制冷设备中，由强烈冷却压缩单元(82)压缩的主强烈冷却质量流(TH)与膨胀的正常冷却质量流(N)混合起来，并且被供给到制冷剂压缩机单元(12)的吸入线路(20)。
14.根据权利要求12或13所述的制冷设备，其特征在于，在所述制冷设备中，由强烈冷却压缩单元(82)压缩的主强烈冷却质量流(TH)、附加强烈冷却质量流(TZ)和膨胀的正常冷却质量流(N)相互混合，并且被供给至制冷剂压缩机单元(12)的吸入线路(20)。
15.根据前述权利要求中的一项所述的制冷设备，其特征在于，与总强烈冷却质量流(TG)的焓(ZG)相比，强烈冷却膨胀冷却装置(62)使主强烈冷却质量流(TH)的焓(ZI)减小至少10％。
16.根据权利要求15所述的制冷设备，其特征在于，强烈冷却膨胀冷却装置(62)使主强烈冷却质量流(TH)的焓减小至少20％。
17.根据前述权利要求中的一项所述的制冷设备，其特征在于，强烈冷却膨胀冷却装置(62)产生以热力学状态(ZI)的主强烈冷却质量流(TH)，所述热力学状态(ZI)具有比正常冷却质量流(N)的热力学状态(ZG)具有低的压力和焓值。
18.根据前述权利要求中的一项所述的制冷设备，其特征在于，由强烈冷却膨胀冷却装置(62)带来的主要强烈冷却质量流(TH)的压力和焓值位于焓/压力曲线图中的饱和曲线(110)附近。
19.根据权利要求18所述的制冷设备，其特征在于，由强烈冷却膨胀冷却装置(62)带来的主强烈冷却质量流(TH)的压力和焓值基本上位于焓/压力曲线图的饱和曲线(110)上。
20.根据前述权利要求中的一项所述的制冷设备，其特征在于，膨胀冷却装置(32)具有用来将总质量流(G)膨胀至中间压力(PZ)的膨胀元件，且可以设定所述中间压力(PZ)的最大值。
21.根据前述权利要求中的一项所述的制冷设备，其特征在于，可将中间压力(PZ)设置至最大值40巴或更小。
22.根据前述权利要求中的一项所述的制冷设备，其特征在于，中间压力(PZ)可以通过将至少部分的附加质量流(Z)供应至制冷剂压缩机单元(12)的附加吸入线路(26)来设置。
23.根据前述权利要求中的一项所述的制冷设备，其特征在于，中间压力(PZ)可以通过将至少部分的附加质量流(Z)供应至制冷剂压缩机单元(12)的吸入线路(26)来设置。
24.根据权利要求22或23所述的制冷设备，其特征在于，提供了控制器(40)，该控制器(40)将附加质量流(Z)供应至附加吸入线路(25)或后者，并且部分地供应至制冷剂压缩机单元(12)的吸入线路(20)。
25.根据前述权利要求中的一项所述的制冷设备，其特征在于，与总质量流(12)的焓相比，膨胀冷却装置(32)使主质量流(H)的焓减小至少10％。
26.根据权利要求25所述的制冷设备，其特征在于，膨胀冷却装置(32)使主质量流(H)的焓减小至少20％。
27.根据前述权利要求中的一项所述的制冷设备，其特征在于，在制冷设备超临界运行期间，膨胀冷却装置(32)起作用。
28.根据前述权利要求中的一项所述的制冷设备，其特征在于，膨胀冷却装置(32)在这样一种的热力学状态下产生主质量流(H)，所述热力学状态的压力和焓值低于最大饱和曲线(110)的压力和焓值。
29.根据权利要求28所述的制冷设备，其特征在于，由膨胀冷却装置(32)带来的主质量流(H)的压力和焓值位于焓/压力曲线图的饱和曲线(110)的附近。
30.根据权利要求29所述的制冷设备，其特征在于，由膨胀冷却装置(32)带来的主质量流(H)的压力和焓值基本上位于焓/压力曲线图的饱和曲线(110)上。
31.根据前述权利要求中的一项所述的制冷设备，其特征在于，进入制冷剂压缩机单元(12)的吸入线路(20)的制冷剂可以由设置在制冷剂压缩机单元(12)上游的热交换器(130)加热。
32.根据权利要求31所述的制冷设备，其特征在于，热交换器(130)从在高压侧热交换器(130)出现的总质量流(G)中带走热量。
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