CN116507860A - 用于具有储热器的制冷装置的制冷剂回路和用于控制制冷剂回路的方法 - Google Patents

用于具有储热器的制冷装置的制冷剂回路和用于控制制冷剂回路的方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及用于冷却和/或加热目的的制冷剂回路。特别地，本公开涉及一种用于具有储热器的制冷装置的制冷剂回路(1)，上述制冷剂回路使用CO2作为制冷剂，包括至少一个压缩机(10)、热源侧热交换器(11)、膨胀装置(12)和储热器(20)，上述储热器包括储热材料(21)，上述储热材料优选地是来自以下组的相变材料(PCM)：有机PCM诸如生物基、石蜡、碳水化合物或脂质衍生物，或是水，其中，上述制冷剂回路(1)还包括：第一流体连通管(30)，上述第一流体连通管在上述热源侧热交换器(11)的流体侧与上述储热器(20)的一侧之间连通；以及第二流体连通管(40)，上述第二流体连通管在膨胀装置(12)与储热器(20)的另一侧之间连通。

Description

用于具有储热器的制冷装置的制冷剂回路和用于控制制冷剂 回路的方法
技术领域
本公开涉及一种用于冷却和/或加热目的的制冷剂回路。特别地，本公开涉及一种用于具有储热器、特别地是具有使用相变材料(PCM)的储热器的制冷装置的制冷剂回路。更特别地，本公开涉及一种使用CO2作为制冷剂的用于具有储热器的制冷装置的制冷剂回路。
背景技术
如EP2402681A1中所述，通常，已知包括执行制冷循环的制冷剂回路的制冷装置。这种类型的制冷装置已经广泛用于储存食物等的诸如冰箱和冷库之类的冷却器以及用于房间内部的冷却/加热的空气调节器。
此外，EP2844924B1公开了一种空调系统，上述空调系统包括：冷却器系统，上述冷却器系统具有压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器；与上述冷凝器热连通的相变材料；联接到上述相变材料的致动器；以及控制器，上述控制器向致动器提供触发信号以开始将相变材料从过冷状态改变为固体状态，其中，上述相变材料具有与相变材料热连通的冷却剂供给管线，并且上述冷却剂供给管线联接到冷却器系统。选择如下的相变材料，以使得在冷却器系统的冷却需求较低或不存在时，该相变材料会从液体转变为固体。这可能发生在环境温度较低的晚上。在白天，固体或冻结的相变材料从冷凝器吸收能量，提高冷却器系统运行时的冷凝器的效率，并且提高冷却器系统的效率和容量。
EP2844924B1中描述的空调系统旨在提供一种能够通过使用相变材料作为冷凝器与环境空气温度之间的热缓冲来平衡冷却需求的系统。在白天，该相变材料会从冷凝器吸收热量并将其释放到外部空气中。由于其热容量和潜热释放，相变材料的加热速度将比空气慢，从而导致更高的能量效率。在夜间，仅通过使用风扇就能够通过更新鲜的空气温度来更快地冷却相变材料。
然而，利用风扇来主动地冷却相变材料是低效的，因此，上述系统特别不适合于夜间的空气温度仍然很高的气候较暖的地区。此外，所描述的系统不能实现在能量效率方面的大幅改进，而是由于相变材料的热响应时间，使得能量消耗模式“扁平化”。这是特别真实的，因为由于冷凝器与相变材料热连通，相变材料的主动冷却还会导致冷凝器的加热，并且无法控制相变材料的使用。
附加地，氟碳化合物通常被用作制冷系统中的制冷剂。然而，在1987年《蒙特利尔议定书》和1997年《京都议定书》之后，臭氧消耗潜力较低的人工开发的替代氯氟烃已经被普遍用作制冷剂。然而，近年来，使用更环保的替代品，特别是使用诸如二氧化碳、氨、碳氢化合物(异丁烯、丙烷等)、水和空气之类的天然制冷剂的技术发展获取了进展。这些天然制冷剂具有如下的性质：与上述氯氟烃和替代氯氟烃相比，其GWP(全球变暖潜能值)值极低。
其中，二氧化碳被称为臭氧消耗潜能为零的材料，其全球变暖潜能值也比常规制冷剂低得多，没有毒性，不易燃，其在天然制冷剂中产生高温的效率很高，并且从环境/能源方面和安全方面来看，二氧化碳作为空气调节器中的制冷剂正在引起人们的关注。
然而，二氧化碳(CO2)在较高的外部温度下的性能比氟化制冷剂低。由此，按年度计，与氟化制冷剂相比，使用CO2作为制冷剂的空调系统的性能更低，特别是在较温暖的气候中。
发明内容
鉴于此，期望提供一种用于具有储热器的制冷装置的制冷剂回路，上述制冷剂回路使用二氧化碳(CO2)作为制冷剂，允许例如当外部温度较低时(优选在夜间)储存热能、特别是冷量，并且在发生跨临界条件的一天中的峰值温度期间或是在峰值需求期间使用该热能，以便实质上防止冷却效率的降低，其特别地是由于使用了诸如二氧化碳之类的天然制冷剂而引起的，同时确保较高的冷却能力，并且在向储热器充冷方面提供灵活性。附加地，如果情况需要或是允许，则所提供的制冷剂回路也应当能够储存热能、特别是冷量，甚至是在当例如大量/过量的PV功率(CO2中性能量产生)可用时的峰值温度期间。
该目的可以通过技术方案1中限定的制冷剂回路来实现。实施方式可以在从属技术方案、下述说明和附图中找到。
根据本公开的第一方面，使用二氧化碳(CO2)作为制冷剂的、用于具有储热器的制冷装置的制冷剂回路包括：至少一个压缩机、热源侧热交换器、膨胀装置和储热器，上述储热器具有储热材料、特别是来自以下组的相变材料(PCM)：有机PCM诸如生物基、石蜡、碳水化合物或脂质衍生物，或是水，其中，上述制冷剂回路还包括：第一流体连通管，上述第一流体连通管在上述热源侧热交换器的流体侧与上述储热器的一侧之间连通；以及第二流体连通管，上述第二流体连通管在上述膨胀装置与上述储热器的另一侧之间连通。
因此，提供了一种制冷剂回路，上述制冷剂回路能够在例如外部温度较低时储存热能、特别是冷量，并且能够在发生跨临界条件的一天中的峰值温度期间或是在峰值需求期间使用所储存的热能，以便实质上防止特别地是由于使用了诸如二氧化碳之类的天然制冷剂而引起的冷却效率的降低，同时确保较高的冷却能力，并且在向储热器充冷方面提供灵活性。附加地，如果其他情况需要或使之可能、例如过量的PV(光伏)功率或其他CO2中性电力产生，所提供的制冷剂回路还允许在峰值温度期间储存热能、特别是冷量。因此，所提供的制冷剂回路不仅可以在较低的外部温度允许的情况下储存热能，还可以通过过量的可再生电力的可用性来储存热能，即使制冷剂回路效率较低，这将总体上进一步减少CO2排放。
关于与“天然制冷剂”相关的术语“天然”，该术语在本公开中定义了自然产生的制冷剂。
此外，在本公开中，与“(多个)流体连通管”和“(多个)流体端口”相关的术语“流体”被用作流经其中的流体、特别是CO2，处于超临界状态(超临界流体)意味着流体处于高于其临界点的温度和压力，其中不存在不同的液相和气相。由此，“(多个)流体连通管”和“(多个)流体端口”是通常的“(多个)液体连通管”或“(多个)液体端口”，仅强调流经其中的流体处于超临界状态。
根据第二方面，制冷剂回路还包括位于/设置于第一流体连通管并在热源侧热交换器、储热器、第三流体连通管和第一气体连通管之间连通的第一切换机构，其中，上述第三流体连通管与上述膨胀装置连通，并且上述第一气体连通管与压缩机的吸入侧连通。
根据第三方面，第一切换机构可以包括：第一阀，上述第一阀是在热源侧热交换器、膨胀装置和储热器之间连通的三通阀；以及优选的第二阀，上述第二阀是在上述第一阀、上述储热器和上述第一气体连通管之间连通的三通阀，并且位于/设置于上述第一阀与上述储热器之间。
根据第四方面，第一切换机构可以包括：第一阀，上述第一阀是在热源侧热交换器、储热器、第一气体连通管和膨胀装置之间连通的四通阀，其中，上述第一切换机构优选地还包括止回阀，上述止回阀阻止从上述第三流体连通管到上述第一阀的回流。
根据第五方面，制冷剂回路可以包括位于/设置于第二流体连通管并在储热器、膨胀装置和第四流体连通管之间连通的第二切换机构，其中，上述第四流体连通管与利用侧热交换器连通。
根据第六方面，第二切换机构可以是阀，并且是在储热器、膨胀阀和利用侧热交换器之间连通的三通阀，其中，优选地，膨胀装置设置于第四流体连通管，并且位于/设置于第二切换机构与利用侧热交换器之间。
根据第七方面，上述制冷剂回路还包括接收器，上述接收器优选地位于/设置于上述第三流体连通管，优选地位于上述膨胀装置和/或上述利用侧热交换器之间，其中，上述接收器构造成将液体制冷剂与气体制冷剂分开。
根据第八方面，制冷剂回路还包括过冷热交换器，上述过冷热交换器优选地位于/设置于利用侧热交换器与膨胀装置之间，更优选地位于利用侧热交换器与接收器之间。
根据第九方面，上述制冷剂回路还包括：膨胀装置，特别地是储存侧膨胀阀，上述膨胀装置位于上述第四流体连通管，并且位于上述第二切换机构与上述利用侧热交换器之间；以及控制器，上述控制器构造成选择运转模式，其中，上述运转模式包括：
正常制冷和/或冷却模式、冷量储存制造模式和冷量储存使用模式，其中，特别地：
在正常制冷和/或冷却模式中，第一切换机构设置成使得第一流体连通管与第三流体连通管连通，并且膨胀装置被关闭，
在上述冷量储存制造模式中，上述第一切换机构设置成使得上述第一流体连通管与上述第三流体连通管连通，并且上述第一气体连通管和上述储热器连通，上述第二切换机构设置成使得上述第四流体连通管与上述储热器连通，并且上述膨胀装置被打开，
在冷量储存使用模式中，第一切换机构设置成使得第一流体连通管与储热器连通，第二切换机构设置成使得第二流体连通管与储热器连通，并且膨胀装置被关闭。
根据第十方面，制冷剂回路还可以包括设置于至少一个压缩机的高压侧的外部温度传感器、气体冷却器出口温度传感器、储热介质温度传感器和排放侧压力传感器。
根据第十一方面，上述制冷剂回路还可以包括储热单元，上述储热单元具有储热器，并且包括水回路、制冷剂-相变材料(PCM)回路或制冷剂-水-相变材料(PCM)回路，其中，上述制冷剂-水-相变材料(PCM)回路包括热交换器、特别地是板式热交换器以及循环泵。
根据第十二方面，制冷剂回路还可以包括储热单元，上述储热单元具有第一切换机构和第二切换机构。
根据第十三方面，具有接收器的制冷剂回路还可以包括热交换单元，上述热交换单元包括接收器和过冷热交换器。
根据第十四方面，一种用于对制冷剂回路、特别地是如上所述的制冷剂回路进行控制的方法，上述制冷剂回路用于具有储热器的制冷装置，并且使用CO2作为制冷剂，上述方法包括不同的运转模式，其中，上述运转模式包括：
正常制冷和/或冷却模式、冷量储存制造模式和冷量储存使用模式，其中：
在正常制冷和/或冷却模式中，第一切换机构设置成使得第一流体连通管与第三流体连通管连通，并且膨胀装置被关闭，
在上述冷量储存制造模式中，上述第一切换机构设置成使得上述第一流体连通管与上述第三流体连通管连通，并且上述第一气体连通管和上述储热器连通，上述第二切换机构设置成使得上述第四流体连通管与上述储热器连通，并且上述膨胀装置被打开，
在冷量储存使用模式中，第一切换机构设置成使得第一流体连通管与储热器连通，第二切换机构设置成使得第二流体连通管与储热器连通，并且膨胀装置被关闭。
根据第十五方面，在上述方法中，第一流体连通管可以在热源侧热交换器的流体侧与储热器的一侧之间连通，第二流体连通管可以在膨胀装置与储热器的另一侧之间连通，第三流体连通管可以与膨胀装置连通、和/或第一气体连通管可以与至少一个压缩机的吸入侧连通。
运转模式还可以包括同时进行冷量储存制造和制冷和/或冷却的模式，其中，上述控制器构造成优先进行制冷和/或冷却而不是冷量储存制造。
然而，冷量储存制造模式可以包括：仅冷量储存制造模式以及冷量储存制造和制冷和/或冷却模式，上述冷量储存使用模式包括：制冷剂和/或冷却和使用冷量储存模式。
用于对制冷剂回路进行控制的方法可以用于控制本公开的制冷剂回路。上述方法还可以用于控制如上所述的储热单元，反之亦然。因此，结合用于对制冷剂回路进行控制的方法的上述描述所公开的其他特征也可以应用于本公开的制冷剂回路或储热单元。同样的情况也适用于热交换单元，反之亦然。
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述能更好地理解本公开，因此，能更容易地获取对本公开更完整的认识和本公开所附带的许多优点。
附图说明
图1示出具有过冷相变材料(PCM)的常规的空调系统。
图2是示出第一实施方式的制冷剂回路的构造的制冷剂回路图。
图3是示出第一实施方式的储热单元的构造的制冷剂回路图。
图4是示出第二实施方式的储热单元的构造的制冷剂回路图。
图5是示出第三实施方式的储热单元的构造的制冷剂回路图。
图6是示出第一实施方式的热交换单元的构造的制冷剂回路图。
图7是示出正常制冷和冷却运转期间的第一实施方式的制冷装置的构造的制冷剂回路图。
图8是示出使用储热器的制冷运转期间的图7的制冷装置的制冷剂回路图。
图9是示出使用储热器的制冷和冷却运转期间的图7的制冷装置的制冷剂回路图。
图10是示出储热器的仅充注运转期间的图7的制冷装置的制冷剂回路图。
图11是示出对储热器充注时的制冷运转期间的图7的制冷装置的制冷剂回路图。
图12是示出具有容量增加单元的第二实施方式的制冷装置的构造的制冷剂回路图。
图13是示出容量增加单元的制冷剂回路图。
图14是示出具有容量增加单元和储热单元的组合单元的制冷剂回路图。
具体实施方式
现在将参照附图说明本公开的若干实施方式。对于空气调节领域的技术人员而言，根据本公开显而易见的是，提供实施方式的以下描述仅用于说明，而并非为了限制由所附的权利要求书限定的本公开。
图1示出了具有过冷相变材料(PCM)的常规的空调系统100。冷却器系统包括压缩机110、第一热交换器112、膨胀装置114和第二热交换器116。第一热交换器112可以用作冷凝器盘管，并且可以位于待调节的建筑物或空间的外部。第二热交换器116可以用作蒸发器盘管。如本领域已知的，制冷剂经过压缩机110、冷凝器112、膨胀装置114和蒸发器116进行蒸汽压缩循环。热量在蒸发器116处被吸收，并且热量在冷凝器112处被排出。
图1的系统可以是水冷器系统。蒸发器116与携带流体冷却剂、例如水的热交换器118的(例如盘管)热连通。供给泵120使冷却剂从由蒸发器116冷却的热交换器118循环到供给阀122。如本领域已知的，供给阀22向局部区域终端供给冷却水，在该局部区域终端处，风扇在盘管上方抽吸空气以冷却空间。止回阀124接收从局部区域终端返回的流体，并且将返回流体提供至热交换器118。
此外，如图1所示的冷凝器盘管112与相变材料126热连通。风扇128抽吸经过相变材料126的空气以帮助冷却相变材料126。然后，控制器132使相变材料126开始从过冷液体到固体的转变。当相变材料126处于过冷状态时，致动器130用于使相变材料126开始从过冷液体向固体的转变。致动器130包括用于对相变材料126进行冻结的热电冷却器。控制器132接收来自相变材料传感器134的相变材料温度信号和来自环境温度传感器136的环境温度信号。
选择相变材料126，以使得在冷却器系统的冷却需求较低或是不存在时，该相变材料会从液体转变为固体。这可能发生在环境温度较低的晚上。在白天，当冷却器系统运行时，固态或冻结的相变材料126从冷凝器112吸收能量，并提高冷却器系统的效率和容量。
此外，图2是示出第一实施方式的制冷剂回路的构造的制冷剂回路1的图。所示的制冷剂回路使用CO2作为制冷剂，并且包括一个压缩机10、所谓的“便利包(英文：Conven i-Pack)”的室外单元的热源侧热交换器，上述便利包通常具有用于储存食物等的冷冻机、诸如冰箱和冰柜；以及用于对房间、特别是展示室/购物室的内部进行冷却/加热的空气调节器(室内单元)。在所示的制冷剂回路中，示出了仅一个室内单元和一个冷却器作为示例，但是制冷剂回路自然可以包括几个冷却器和空气调节器。所示的制冷剂回路还包括储热单元100和热交换单元200，稍后将更详细地描述。储热单元100包括储热器20，上述储热器20包括/积聚作为相变材料(PCM)的储热材料21。所示的制冷剂回路还包括将热源侧热交换器11的流体侧与储热器20的一侧连接的第一流体连通管30和将膨胀装置12与储热装置20的另一侧连接的第二流体连通管40。
在这方面，术语“连接”在本公开中限定为如下含义：两个实体、例如“储热器的一侧”和“储热器”通过诸如“液体管”或“气体管”这样的连接装置彼此连接，使得像制冷剂这样的液体可以在液密和气密的情况下从一个实体转移/交换/流动到另一个实体。换言之，连接装置提供流体连接。
制冷剂回路1还包括第一切换机构31，上述第一切换机构位于第一流体连通管30，并且将热源侧热交换器11、储热器20、第三流体连通管50和第一气体连通管60彼此流体地连接，其中，第三流体连通管50流体地连接到膨胀装置12，并且第一气体连通管60流体地连接到压缩机10的吸入侧。
所示的制冷剂回路1还包括位于第二流体连通管40的第二切换机构41，上述第二切换机构41将储热器20、膨胀装置12和第四流体连通管70彼此流体地连接，其中，第四流体连通管70流体地连接到利用侧热交换器80A。
图2还示出了，制冷剂回路1还包括接收器201，上述接收器201位于膨胀装置12与利用侧热交换器80A之间的第三流体连通管50，其中，上述接收器201构造成将来自膨胀装置12的处于亚临界状态的制冷剂分开成液体制冷剂和气体制冷剂。
所示的制冷剂回路1还表明，制冷剂回路1还可以包括附加利用侧热交换器80B，上述附加利用侧热交换器80B经由接收器201将液体侧与膨胀装置12连通，并且将气体侧与压缩机10连通。
如图2所示，利用侧热交换器80A可以是空气调节器的热交换器、特别地是室内单元的热交换器，并且附加利用侧热交换器80B可以是诸如冰箱或冷冻机之类的冷却器的热交换器。
图3是示出第一实施方式的储热单元的构造的制冷剂回路图。所示的储热单元100是如上所述的制冷剂回路1的一部分，其中，上述切换机构1根据第一替代方案构成。所示的储热单元100包括：储热器20，上述储热器20具有作为相变材料(PCM)的如上所述的储热材料21；储热单元气体端口62，上述储热单元气体端口62与配置于储热单元100的外部的利用侧热交换器80A连通；第一储热单元流体端口72，上述第一储热单元流体端口72与利用侧热交换器80A连通；第二储热单元流体端口32A，上述第二储热单元流体端口32A与配置于储热单元100的外部的热源侧热交换器11连通；以及第三储热单元流体端口52A，上述第三储热单元流体端口52A与配置于储热单元100的外部的膨胀装置12连通。
所示的储热单元100还包括：第一切换机构31，上述第一切换机构31在第二储热单元流体端口32A、第三储热单元流体端口52A、储热单元气体端口62和储热器20的一侧之间连通；以及第二切换机构41，上述第二切换机构41在第一储热单元流体端口72、第三储热单元流体端口52A和储热器20的另一侧之间连通。
此外，图3所示的储热单元100还包括制冷剂热交换管22，上述制冷剂热交换管22配置在储热器20的内部、特别地是储热材料21的内部。第一切换机构31与制冷剂热交换管22的一侧流体地连接，第二切换机构41与制冷剂热交换管22的另一端流体地连接。
根据所示的实施方式，第一切换机构31包括：第一阀31A，上述第一阀31A是在第二储热单元流体端口32A、第三储热单元流体端口52A和储热器20之间连通的三通阀；以及第二阀31B，上述第二阀31B是在第一阀31A、储热器20和储热单元气体端口62之间连通的三通阀，并且位于第一阀31A与储热器20之间。
在第一阀31A与第三储热单元流体端口52A之间设置有止回阀31A，上述止回阀31A阻止从第三储热单元流体端口51A向第一阀31B的回流。
所示的第二切换机构41是阀，并且是将第一储热单元流体端口72、第三储热单元流体端口52A和储热器20彼此流体地连接的三通阀，其中，膨胀装置101位于第二切换机构41与第一储热单元流体端口72之间。
第二储热单元流体连通管40在第三储热单元流体端口52A和止回阀53之间与第三储热单元流体连通管50连接。储热单元气体连通管60将储热单元气体端口62和第一切换机构31、特别地是第二阀31B彼此流体地连接。
图4是示出根据第二实施方式的储热单元100的构造、特别地是替代构造的制冷剂回路图。除了第一切换机构的构造之外，所示的制冷剂回路与图3中公开的制冷剂回路对应。在所示的替代构造中，第一阀31A是将第二储热单元流体端口32A、储热器20、储热单元气体端口62和第三储热单元流体端口52A流体地连接的四通阀。
图5是示出根据第三实施方式、特别地是第三替代方案的储热单元100的构造的制冷剂回路图。所示的替代方案不使用如上所述的制冷剂热交换管22，而是使用热交换器102。如图所示，热交换器102优选地是板式热交换器，上述热交换器102在一侧与第一切换机构31及第二切换机构41连通，在另一侧与储热器20的一侧及储热器20的另一侧连通。
附加地，储热单元100包括循环泵103，上述循环泵103位于热交换器102与储热器20之间的第二储热单元流体连通管40。由此，储热器具有闭环，特别地使用水作为冷却剂。循环泵使冷却剂循环经过储热器20，由此冷却剂与储热器的储热材料21进行热交换，然后到达热交换器102，冷却剂在该热交换器102中再次与制冷剂回路1的制冷剂进行热交换。因此，循环泵103能够控制在储热器20、特别地是储热材料21与制冷剂回路1的制冷剂之间交换的热能的量。
结合图5所描述的实施方式可以与关于第一切换机构的两个替代方案、即第一三通阀或四通阀31A相结合。
图6是示出第一实施方式的热交换单元200的构造的制冷剂回路图。所示的热交换单元200包括：压缩机10；热源侧热交换器11；膨胀装置12；与配置在热交换单元200的外部的利用侧热交换器80A连通的热交换单元气体端口92；与利用侧热交换器80A连通的第一热交换单元流体端口96；与热源侧热交换器11连通的第二热交换单元流体端口32B；以及与膨胀装置12连通的第三热交换单元流体端口52B。所示的第二热交换单元流体端口32B与配置在热交换单元200的外部的如上所述的储热单元100流体地连接，并且第三热交换单元流体端口52B也与储热单元100流体地连接。
所示的热交换单元200还包括：在热交换单元气体端口92与至少一个压缩机10之间连通的热交换单元气体连通管90；在第二热交换单元流体端口32B与热源侧热交换器11之间连通的第一热交换单元流体连通管30；以及在第三热交换单元流体端口52B与第一热交换单元流体端口96之间连通的第二热交换单元流体连通管50。
膨胀装置12位于第一热交换单元流体端口96与第三热交换单元流体端口52B之间的第二热交换单元流体连通管50。
所示的热交换单元200还包括如上所述的接收器201，上述接收器201位于第一热交换单元流体端口96与膨胀装置12之间的第二热交换单元流体连通管50，其中，上述接收器201构造成将液体制冷剂与气体制冷剂分开。热交换单元200还包括第四热交换单元流体端口203，上述第四热交换单元流体端口203将膨胀装置12与配置在热交换单元200的外部的附加利用侧热交换器80B流体地连接。
所示的热交换单元200还包括第三热交换单元流体连通管202，上述第三热交换单元流体连通管202将第四热交换单元的流体端口203与膨胀装置12流体地连接，并且与第一热交换单元流体端口96和接收器201之间的第二热交换单元流体连通管50连接。
图7是示出正常制冷和冷却运转期间的第一实施方式的制冷装置300的构造的制冷剂回路图。所示的制冷装置300包括如上所述的制冷剂回路1、储热单元100和热交换单元200，为了说明的目的，对上述构件进行进一步详细描述。
所示的热交换单元200还包括位于第一热交换单元流体端口96与接收器201之间的过冷热交换器204。
制冷装置300包括：用于储存食物等的诸如冰箱和冷冻机之类的三个冷却器；以及用于对房间、特别地是展示室/购物室内部进行冷却/加热的三个空气调节器(室内单元)。三个室内单元分别设置有一个利用侧热交换器380A-380C，三个冰箱分别设置有一个附加利用侧热交换器301A-301C。
附加地，所示的热交换单元200还包括彼此平行地设置在基础构造的如上所述的压缩机10的上游的第二压缩机310B和第三压缩机310C。以这种方式，三个压缩机310A-310C构成两级压缩机系统，其中，第二压缩机310B与附加利用侧热交换器301A-301C连通以构成制冷回路，并且第三压缩机310C与利用侧热交换器380A-380C连通以构成空调回路。三个压缩机310A-310C可以是可变容量压缩机和/或固定容量压缩机，取决于制冷装置的需求。三个压缩机310A-310C全都是全密闭涡旋式压缩机。
所示的热交换单元200还包括喷射管206，上述喷射管206将接收器201的气体侧与第一压缩机10、310A的吸入侧流体地连接，其中，上述喷射管206构造成将由接收器201收集的中间压制冷剂喷射到第一压缩机10、310A中。如图7所示，在连接到第一压缩机10、310A的吸入侧之前，喷射管206与在第二压缩机310B及第三压缩机310C的高压侧和第一压缩机10及310A的吸入侧之间连通的两个高压管207、208连结。
附加地，喷射管206设置有膨胀装置207，上述膨胀装置207优选地位于喷射管206与高压管207、208的连接点之前。具体实施方式
第一示例：正常制冷和冷却运转
如上所述，图7示出了处于正常制冷和冷却运转的制冷装置300。由此，三个压缩机310A-310C全都接通，这意味着第二压缩机310B从三个冷却器的附加利用侧热交换器301A-301C抽吸低压制冷剂，并且第三压缩机310C从三个室内单元中一个的利用侧热交换器380C抽吸制冷剂。两个压缩机310B、310C经由高压管207、208向第一压缩机310A提供中间压制冷剂，上述第一压缩机310B进一步压缩制冷剂并排出高压制冷剂，上述高压制冷剂流向用作气体冷却器的热源侧热交换器11。该制冷剂通过向由室外风扇供给的室外空气散热而被冷却。从热源侧热交换器11流出的高压制冷剂经由第一流体连通管30流向第一切换机构31、特别地是作为三通阀的第一阀31A。三通阀31A处于第一流体连通管30与第三流体连通管50被连通且流向第二阀31B的流动被阻断的状态。因此，高压制冷剂直接地流向作为膨胀阀的膨胀装置12，而不流过储热器20或经由热交换器102与储热器20进行热交换。流过膨胀装置12的被冷却的高压制冷剂的压力降低，并且制冷剂变为处于气液两相状态的中间压制冷剂(亚临界制冷剂)。
随后，中间压制冷剂流向接收器201，一部分制冷剂、特别地是液体中间压制冷剂从接收器201流向过冷热交换器204的第一流路204A。流入到第一流路204A中的制冷剂被流过第二流路204B的中间压制冷剂冷却，并且该制冷剂的过冷度增加。这样过冷的液体制冷剂的一部分流过膨胀装置205、特别地是过冷膨胀阀，从而进一步降低中间压制冷剂的压力。中间压制冷剂流入到过冷热交换器204的第二流路204B中，并且通过从流过过冷热交换器204的第一流路204A的制冷剂吸收热量而蒸发。
被过冷的中间压制冷剂以分支到将制冷剂提供至制冷回路和空调回路的两个主管中的方式流动，在上述主管中，上述制冷剂再次分支到将液体制冷剂提供至室内单元的利用侧热交换器380A-380C和冷却器的附加利用侧热交换器301A-301C的三个管中。在进入利用侧热交换器380A-380C、301A-301C之前，制冷剂流过膨胀装置、特别地是空调膨胀阀或冷却器膨胀阀，在上述膨胀装置中，中间压制冷剂的压力降低。该制冷剂流过利用侧热交换器，并且通过从由室内单元的空调风扇供给的示例性的室内空气中吸收热量而蒸发。
室内单元的利用侧热交换器380A-380C的蒸发制冷剂被重新汇合，并且经由抽吸管流回到第三压缩机310C的吸入侧。冷却器的附加利用侧热交换器301A-301C的蒸发制冷剂被重新汇合，并且经由抽吸管流回到第二压缩机310B的吸入侧。由此，空调回路和制冷回路是闭环的。过冷热交换器204的蒸发制冷剂与从第二压缩机310B和第三压缩机310C排出的中间压制冷剂汇合，并且提供至第一压缩机310A的吸入侧。
附加地，由接收器201从超临界制冷剂的液体中间压制冷剂中分开的气体中间压制冷剂流过膨胀装置，以将压力降低到与由第二压缩机310B和第三压缩机310C排出的中间压制冷剂的压力类似的压力。
第二示例：使用储热器的制冷运转
图8是示出使用储热器的制冷运转期间的图7的制冷装置300的制冷剂回路图。在该运转中，第一切换机构31、特别地是第一阀和第二阀以及第二切换阀设置成使得从热源侧热交换器11流出的高压制冷剂经由第一流体连通管30流入到第一阀和第二阀中，然后流入到储热器中，从而与储热器20进行热交换。流过储热器20的高压制冷剂被冷却。在离开储热器20之后，高压制冷剂经由第二切换机构并经由膨胀装置12流回到接收器201。流过膨胀装置12的被冷却的高压制冷剂的压力降低，并且制冷剂变为处于气液两相状态的中间压制冷剂(超临界制冷剂)。
如上所述，一部分制冷剂、特别地是液体中间压制冷剂随后从接收器201流向过冷热交换器204的第一流路204A。流入到第一流路204A中的制冷剂被流过第二流路204B的中间压制冷剂冷却，并且该制冷剂的过冷度增加。这样过冷的液体制冷剂的一部分流过膨胀装置205，从而进一步降低中间压制冷剂的压力。中间压制冷剂流入到过冷热交换器204的第二流路204B中，并且通过从流过过冷热交换器204的第一流路204A的制冷剂吸收热量而蒸发。
然后，被过冷的中间压制冷剂以仅将制冷剂提供至制冷回路而不提供至空调回路的方式流动，在上述制冷回路中，上述制冷剂再次分支到将液体制冷剂提供至冷却器的附加利用侧热交换器301A-301C的三个管中。在进入附加利用侧热交换器301A-301C之前，制冷剂流过冷器膨胀阀，在上述过冷器膨胀阀中，中间压制冷剂的压力降低。该制冷剂流过附加利用侧热交换器，并且通过从冷却器内的储藏室空气吸收热量而蒸发。
由于冷却运转被关闭，因此，仅第二压缩机310B和第一压缩机310A处于使用中，第三压缩机310被断开。因此，第二压缩机310从冷却器的附加利用侧热交换器301A-301C抽吸低压制冷剂，并且经由高压管207将中间压制冷剂提供至第一压缩机310A，上述第一压缩机310A进一步压缩制冷剂并排出流向用作气体冷却器的热源侧热交换器11的高压制冷剂。该制冷剂通过向由室外风扇供给的室外空气散热而被冷却。从热源侧热交换器11流出的高压制冷剂随后经由第一流体连通管30流回到第一切换机构31，从而闭合制冷剂回路。
第三示例：使用储热器的制冷和冷却运转
图9是示出使用储热器的制冷和冷却运转期间的图7的制冷装置的制冷剂回路图。除了三个压缩机310A至310C全部处于使用中之外，使用储热器的制冷和冷却运转与上述的图8所示的使用储热器的(仅)制冷运转类似。因此，第二压缩机310B从三个冷却器的附加利用侧热交换器301A-301C抽吸低压制冷剂，第三压缩机310C从三个室内单元中一个的利用侧热交换器380C抽吸作为中间压制冷剂提供至第一压缩机310A的制冷剂，上述第一压缩机310A进一步压缩制冷剂并排出流向热源侧热交换器11的高压制冷剂。
这样的制冷剂随后如上所述地流过储热器20、膨胀装置12、接收器201、过冷热交换器204，然后分支到将制冷剂提供至制冷回路和空调回路的两个主管中，从而闭合制冷剂回路。
第四个示例：储热器的仅充注运转
图10是示出储热器的仅充注运转期间的图7的制冷装置的制冷剂回路图。
在该运转中，仅第三压缩机310C和第一压缩机310A处于使用中，第二压缩机310B被断开。第三压缩机310C从储热器20直接地抽吸制冷剂，并且向第一压缩机提供中间压制冷剂，上述第一压缩机进一步压缩制冷剂，并且将高压制冷剂排放到用作气体冷却器的热源侧热交换器11。从热源侧热交换器11流出的高压制冷剂随后经由第一流体连通管30流向第一切换机构31。在该控制模式下，第一阀31A设置成使得高压制冷剂如图7所述地直接流向膨胀装置12。处于气液两相状态的中间压制冷剂(超临界制冷剂)从膨胀装置12流向接收器201，并且液体中间压制冷剂随后从上述接收器201流向过冷热交换器204的第一流路204A。流入到第一流路204A中的制冷剂被流过第二流路204B的中间压制冷剂冷却，并且该制冷剂的过冷度增加。
被过冷的中间压制冷剂随后经由第二阀31B流回到储热器20，并且通过流过储热器20来冷却储热器20、特别地是储热材料，从而向储热器充冷。
第五示例：对储热器充注时的制冷运转
图11是示出对储热器充注时的制冷运转期间的图7的制冷装置的制冷剂回路图。
除了三个压缩机310A-310C全部处于使用中，并且第二压缩机310B将冷却器的附加利用侧热交换器301A-301C连接到制冷剂回路1之外，对储热器充注时的制冷运转与上述的描述了储热器的仅充注运转的图10所示的运转类似。由此，不仅可以通过使过冷的中间压制冷剂经由第二阀31B流过储热器20来对储热器30充注冷量，而且还可以向附加利用侧热交换器301A-301C提供过冷的中间压制冷剂。这意味着可以在执行制冷运转的同时对储热器20进行充注。
图12是示出具有容量增加单元320的第二实施方式的制冷装置300的构造的制冷剂回路图。第二实施方式的制冷装置300主要与图7所示的第一实施方式的制冷装置对应。然而，作为设置有储热单元100的替代，将第二热交换单元流体端口32B与第三热交换单元流体端口52B连接的两个连接管具有开口端。这意味着没有示出经由第二热交换单元流体端口32B和第三热交换单元流体端口52B与制冷装置300、特别地是与热交换单元200连接的单元。根据本发明，热交换器，特别地是板式热交换器、容量增加单元或包括储热单元和容量增加单元的组合单元也可以连接到热交换单元200，以代替储热单元100。
图13是示出容量增加单元320的制冷剂回路图。容量增加单元320是基本上独立的制冷剂回路，并且可以被添加到制冷装置300或与制冷装置300连接，以增加制冷装置300的制冷和冷却能力。如图13所示，容量增加单元320包括构成闭合的制冷剂回路的热交换器、压缩机和膨胀装置。热交换器构造成与热交换单元200热交换。因此，热交换器可以与第二热交换单元流体端口32B及第三热交换单元流体端口52B连接。附加地，容量增加单元320设置有热源侧热交换器，上述热源侧热交换器通过向由室外风扇供给的室外空气散热来冷却流过其中的制冷剂。
图14是示出具有容量增加单元320和储热单元的组合单元330的制冷剂回路图。如上所述，容量增加单元320包括构成闭合的制冷剂回路的热交换器、压缩机和膨胀装置。附加地，储热单元布置在热交换单元300与储热单元之间，以代替将热交换器直接地与制冷剂装置300连接、特别地是与热交换单元200连接。由此，组合单元330还包括循环泵，上述循环泵使由容量增加单元冷却的制冷剂或诸如水等冷却剂循环经过储热单元，以便向储热单元充注热能、特别是冷量。另一方面，储热单元设置有热交换器，上述热交换器用于与制冷剂装置300的制冷剂回路、特别地是与热交换单元200进行热交换。
此外，容量增加单元可以包括闭合的制冷剂回路，上述制冷剂回路具有热交换器、压缩机、由风扇冷却的热源侧热交换器和膨胀装置，其中，上述热交换器与热交换单元进行热交换。
根据又一方面，组合单元可以包括容量增加单元，上述容量增加单元包括闭合的制冷剂回路，上述制冷剂回路包括热交换器、压缩机、由风扇和膨胀装置冷却的热源侧热交换器和储热单元，上述储热单元包括：热交换器；储热器，上述储热器具有储热材料、特别地是相变材料(PCM)；以及循环泵，其中，上述热交换器与热交换单元进行热交换。
[附图标记列表]
1制冷剂回路；
10压缩机(第一压缩机)；
11热源侧热交换器；
12膨胀装置；
20储热器；
21储热材料；
22制冷剂热交换管；
30第一流体连通管；
31第一切换机构；
40第二流体连通管；
41第二切换机构；
50第三流体连通管；
60第一气体连通管；
70第四流体连通管70；
80A利用侧热交换器；
80B附加利用侧热交换器；
90热交换单元气体连通管；
92热交换单元气体端口；
96第一热交换单元流体端口；
100储热单元；
72第一储热单元流体端口；
32A第二储热单元流体端口；
52A第三储热单元流体端口；
62储热单元气体端口；
31A第一阀；
31B第二阀；
53止回阀；
101膨胀装置；
102热交换器；
103循环泵；
200热交换单元；
96第一热交换单元流体端口；
32B第二热交换单元流体端口；
52B第三热交换单元流体端口；
201接收器；
202第三热交换单元流体连通管；
203第四热交换单元流体端口；
204过冷热交换器；
205膨胀装置(过冷膨胀阀)；
206喷射管；
207高压管；
208高压管；
209膨胀装置；
210风扇；
300制冷装置；
301A-301C附加利用侧热交换器；310A第一压缩机；
310B第二压缩机；
310C第三压缩机；
320容量增加单元；
330组合单元；
380A-380C利用侧热交换器。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]EP2402681A1
[专利文献2]EP2844924B1

Claims (15)

1.一种制冷剂回路(1)，所述制冷剂回路(1)用于具有储热器的制冷装置(300)，并且使用CO2作为制冷剂，所述制冷剂回路包括：
至少一个压缩机(10)；
热源侧热交换器(11)；
膨胀装置(12)；以及
储热器(20)，所述储热器具有储热材料(21)、特别地是来自以下组的相变材料(PCM)：有机PCM诸如生物基、石蜡、碳水化合物或脂质衍生物，或是水，
其特征在于，
所述制冷剂回路(1)还包括：
第一流体连通管(30)，所述第一流体连通管在所述热源侧热交换器(11)的流体侧与所述储热器(20)的一侧之间连通；以及
第二流体连通管(40)，所述第二流体连通管在膨胀装置(12)与储热器(20)的另一侧之间连通。
2.如权利要求1所述的制冷剂回路(1)，其特征在于，
所述制冷剂回路还包括第一切换机构(31)，所述第一切换机构位于所述第一流体连通管(30)，并且将所述热源侧热交换器(11)、所述储热器(20)、第三流体连通管50和第一气体连通管60之间连通，其中，所述第三流体连通管(50)与所述膨胀装置(12)连通，并且所述第一气体连通管(60)与压缩机(10)的吸入侧连通。
3.如权利要求2所述的制冷剂回路(1)，其特征在于，所述第一切换机构(31)包括：
第一阀(31A)，所述第一阀是在所述热源侧热交换器(11)、所述膨胀装置(12)和所述储热器(20)之间连通的三通阀；以及
第二阀(31B)，所述第二阀位于所述第一阀(31A)与所述储热器(20)之间，并且是在所述第一阀(31A)、所述储热器(20)和所述第一气体连通管(60)之间连通的三通阀。
4.如权利要求2所述的制冷剂回路(1)，其特征在于，所述第一切换机构(31)包括：
第一阀(31C)，所述第一阀是在热源侧热交换器(11)、储热器(20)、第一气体连通管(60)和膨胀装置(12)之间连通的四通阀，其中，所述第一切换机构(31)还包括止回阀(53)，所述止回阀阻止从所述第三流体连通管(50)向所述第一阀(31)的回流。
5.如权利要求2至4中任一项所述的制冷剂回路(1)，其特征在于，
所述制冷剂回路还包括第二切换机构(41)，所述第二切换机构位于所述第二流体连通管(40)，并且在所述储热器(20)、所述膨胀装置(12)和第四流体连通管(70)之间连通，其中，所述第四流体连通管(70)与利用侧热交换器(80A)连通。
6.如权利要求5所述的制冷剂回路(1)，其特征在于，
所述第二切换机构(41)是在所述储热器(20)、膨胀阀(12)和所述利用侧热交换器(80A)之间连通的三通阀，
其中，所述膨胀装置(101)设置在位于所述第二切换机构(41)与所述利用侧热交换器(80A)之间的所述第四流体连通管(70)。
7.如前述权利要求中任一项所述的制冷剂回路(1)，其特征在于，
所述制冷剂回路还包括接收器(201)，所述接收器位于所述膨胀装置(12)与所述利用侧热交换器(80A)之间的所述第三流体连通管(50)，其中，所述接收器(201)构造成将液体制冷剂与气体制冷剂分开。
8.如前述权利要求中任一项所述的制冷剂回路(1)，其特征在于，
所述制冷剂回路还包括过冷热交换器(204)，所述过冷热交换器优选地位于利用侧热交换器(80A)与所述膨胀装置(12)之间，更优选地位于所述利用侧热交换器(80A)与接收器(201)之间。
9.如前述权利要求和权利要求5中任一项所述的制冷剂回路，其特征在于，所述制冷剂回路还包括：
膨胀装置(101)，特别地是储存侧膨胀阀(EV)，所述膨胀装置位于所述第四流体连通管(70)且位于第二切换机构(41)与利用侧热交换器(80A)之间；以及
控制器，所述控制器构造成选择运转模式，
其中，所述运转模式包括：
正常制冷和/或冷却模式、冷量储存制造模式和冷量储存使用模式，其中，特别地：
在所述正常制冷和/或冷却模式下，所述第一切换机构(31)设置成使得所述第一流体连通管(30)和所述第三流体连通管(50)连通，并且所述膨胀装置(101)被关闭，
在所述冷量储存制造模式中，所述第一切换机构(31)设置成使得所述第一流体连通管(30)与所述第三流体连通管(50)连通，并且第一气体连通管(60)与所述储热器(20)连通，所述第二切换机构(41)设置成使得所述第四流体连通管(70)与所述储热器(20)连通，并且所述膨胀装置(101)被打开，
在所述冷量储存使用模式中，所述第一切换机构(31)设置成使得所述第一流体连通管(30)与所述储热器(20)连通，所述第二切换机构(41)设置成使得所述第二流体连通管(40)与所述储热器(20)连通，并且所述膨胀装置(101)被关闭。
10.如权利要求9所述的制冷剂回路，其特征在于，
所述制冷剂回路还包括：设置于至少一个所述压缩机(10)的高压侧的外部温度传感器(T5)、气体冷却器出口温度传感器(T2)、储热介质温度传感器(T4)和排放侧压力传感器(P1)。
11.如前述权利要求中任一项所述的制冷剂回路，其特征在于，
所述制冷剂回路还包括储热单元(100)，所述储热单元具有储热器(20)，并且包括水回路、制冷剂-相变材料(PCM)回路或制冷剂-水-相变材料(PCM)回路，其中，所述制冷剂-水-相变材料(PCM)回路包括热交换器(102)、特别地是板式热交换器以及循环泵(103)。
12.如权利要求5、6、9和10中任一项所述的制冷剂回路，其特征在于，
所述制冷剂回路还包括储热单元(100)，所述储热单元具有第一切换机构(31)和第二切换机构(41)。
13.如权利要求8所述的制冷剂回路，所述制冷剂回路具有接收器(201)，其特征在于，
所述制冷剂回路还包括热交换单元(200)，所述热交换单元具有接收器(202)和过冷热交换器(204)。
14.一种用于对制冷剂回路、特别地是前述权利要求中任一项所述的制冷剂回路(1)进行控制的方法，所述制冷剂回路用于具有储热器(20)的制冷装置，并且使用CO2作为制冷剂，所述方法包括不同的运转模式，其特征在于，所述运转模式包括：
正常制冷和/或冷却模式、冷量储存制造模式和冷量储存使用模式，其中：
在所述正常制冷和/或冷却模式下，所述第一切换机构(31)设置成使得所述第一流体连通管(30)和所述第三流体连通管(50)连通，并且所述膨胀装置(101)被关闭，
在所述冷量储存制造模式中，所述第一切换机构(31)设置成使得所述第一流体连通管(30)与所述第三流体连通管(50)连通，并且第一气体连通管(60)与所述储热器(20)连通，所述第二切换机构(41)设置成使得所述第四流体连通管(70)与所述储热器(20)连通，并且所述膨胀装置(101)被打开，
在所述冷量储存使用模式中，所述第一切换机构(31)设置成使得所述第一流体连通管(30)与所述储热器(20)连通，所述第二切换机构(41)设置成使得所述第二流体连通管(40)与所述储热器(20)连通，并且所述膨胀装置(101)被关闭。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，
所述第一流体连通管(30)在所述热源侧热交换器(11)的流体侧与所述储热器(20)的一侧之间连通，
所述第二流体连通管(40)在膨胀装置(12)与所述储热器(20)的另一侧之间连通，
所述第三流体连通管(50)与所述膨胀装置(12)连通，
所述第一气体连通管(60)与所述压缩机(10)的吸入侧连通。
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