DE102006011060A1 - Cooling-circuit for air conditioning system of motor vehicle, has compressor for compressing coolant, and accumulator arranged between evaporator and heat exchanger, where average density of coolant has specified kilogram per cubic meter - Google Patents

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Abstract

The circuit has a compressor provided for compressing gas-formed coolant, and a gas cooler (3) for cooling the coolant that heated by the compression. An expansion unit is formed in the proximity of a high pressure side output of an inner heat exchanger (4). An accumulator (7) is arranged between an evaporator (6) and the heat exchanger, where the average density of the coolant has a maximum of 260 kilogram per cubic meter. An independent claim is also included for a method for filling a cooling-circuit.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kälte-Kreislauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a refrigeration cycle according to the preamble of claim 1.

Aus der EP 0 424 474 B2 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kaltdampfprozesses unter trans- oder überkritischen Bedingungen bekannt. Hierbei ist im Dampfkompressionskreis ein Kompressor, ein Kühler, eine Drosseleinrichtung und ein Verdampfer vorgesehen, die seriell miteinander verbunden sind, um einen integralen geschlossenen Kreis zu bilden. Der Kreis arbeitet mit überkritischem Druck auf der Hochdruckseite des Kreises, wobei der Druck auf der Hochdruckseite durch Veränderung der jeweiligen Kältemittelfüllung auf der Hochdruckseite des Kreises durch Veränderung des Inhalts eines in dem Kreis angeordneten Kältemittel-Pufferbehälters reguliert wird, wobei der Druck durch Verringern des Inhalts erhöht wird, und umgekehrt. Dadurch wird die spezifische Kapazität des Kreises beeinflusst. Die Regulierung des überkritischen Drucks wird durch Veränderung des Flüssigkeitsinhalts eines Niederdruckkältemittelbehälters ausgeführt, der zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor liegt, und zwar unter Verwendung nur der Drosseleinrichtung als Steuereinrichtung. Der Zustand des Verdampferauslasses wird als eine Zwei-Phasen-Mischung von Dampf und Flüssigkeit gehalten, und zwar unter Schaffung eines Flüssigkeitsüberschusses an dem Niederdruckeinlass eines zusätzlichen Wärmetauschers, wo das Niederdruckkältemittel durch Wärme von dem Hochdruckkältemittel vor dem Einlass in den Kompressor Verdampfung und Überhitzung unterworfen wird. Beim Kältemittel handelt es sich um Kohlendioxid.From the EP 0 424 474 B2 For example, a method of operating a cold vapor process under trans or supercritical conditions is known. Here, in the vapor compression cycle, a compressor, a radiator, a throttle device and an evaporator are provided, which are connected in series with each other to form an integral closed circuit. The circuit operates with supercritical pressure on the high pressure side of the circuit, wherein the pressure on the high pressure side is regulated by changing the respective refrigerant charge on the high pressure side of the circuit by changing the content of a refrigerant buffer tank disposed in the circuit, the pressure decreasing the content is increased, and vice versa. This affects the specific capacity of the circuit. The regulation of the supercritical pressure is carried out by changing the liquid content of a low-pressure refrigerant tank located between the evaporator and the compressor using only the throttle as a control means. The condition of the evaporator outlet is maintained as a two-phase mixture of steam and liquid, providing excess liquid at the low pressure inlet of an additional heat exchanger where the low pressure refrigerant is subjected to evaporation and overheating by heat from the high pressure refrigerant upstream of the inlet to the compressor , The refrigerant is carbon dioxide.

Ein derartiger Kreislauf lässt jedoch noch Wünsche offen.One leaves such a cycle but still wishes open.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kreislauf zur Verfügung zu stellen.It It is an object of the invention to provide an improved circuit put.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.These Task is solved by a circuit having the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist ein unter überkritischen Bedingungen betreibbarer Kälte-Kreislauf mit einem Verdichter, einem Gaskühler, einem inneren Wärmetauscher, einem Expansionsorgan, einem Verdampfer und gegebenenfalls einem Akkumulator versehen, wobei der Akkumulator, sofern vorhanden, im Niederdruckteil des Kälte-Kreislaufs angeordnet ist. Der Akkumulator ist hierbei bevorzugt zwischen dem Verdampfer und dem inneren Wärmetauscher angeordnet. Dabei wird der Kältekreislauf zum Zeitpunkt des Befüllens – wobei es sich beispielsweise um die erstmalige Befüllung oder um eine Wiederbefüllung im Rahmen einer Reparatur oder Wartung handeln kann – zusätzlich zur minimal erforderlichen Kältemittelmenge mit einem Zusatzvolumen an Kältemittel befüllt, das die über eine Betriebszeitdauer auftretenden Leckageverluste ausgleicht. Unter Betriebszeitdauer ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein Zeitintervall bis zu einer planmäßigen Wartung bzw. die geplante Lebensdauer der Anlage zu verstehen. Demgegen über wird die minimal erforderliche Menge an Kältemittel in der Regel als die Menge an Kältemittel verstanden, die notwendig ist, um die maximale Kälteleistung der Anlage zu realisieren. Diese wird in der Praxis meist dadurch bestimmt, dass in jedem Betriebszustand der Kälteanlage (Anfahrvorgänge oder kurzzeitige Betriebsschwankungen ausgenommen) das Kältemittel am Verdampferaustritt gerade eben noch zweiphasig, also dampfförmig und flüssig, vorliegt.According to the invention is a under supercritical conditions operable refrigeration cycle with a compressor, a gas cooler, an internal heat exchanger, an expansion device, an evaporator and optionally one Accumulator provided, the accumulator, if any, in the low pressure part of the cold cycle is arranged. The accumulator is in this case preferably between the evaporator and the inner heat exchanger arranged. At the same time, the refrigeration cycle becomes at the time of filling - where for example, the initial filling or refilling in the Framework of a repair or maintenance can act - in addition to minimum required amount of refrigerant filled with an additional volume of refrigerant, the the above compensates for an operating period occurring leakage losses. Under operating time is in this context in particular a Time interval until scheduled maintenance or to understand the planned life of the plant. In contrast, over the minimum required amount of refrigerant is usually considered the amount of refrigerant understood that is necessary to realize the maximum cooling capacity of the system. This is usually determined in practice by the fact that in each operating condition the refrigeration system (starting operations or short-term fluctuations in operation) the refrigerant at the evaporator outlet just two-phase, that is vaporous and liquid, is present.

Insbesondere bei der Verwendung von R744 als Kältemittel kann das Kältemittel bei einem Anlagenstillstand bei in der Praxis auftretenden Temperaturen in einem überkritischen Zustand vorliegen (Tkrit,R744 = 31°C). In einem solchen Fall ist der Stillstandsdruck sowohl eine Funktion der Temperatur, als auch der mittleren Dichte des Kältemittels im Kältekreislauf, wobei der Stillstandsdruck mit steigender mittlerer Dichte sowie mit steigender Temperatur zunimmt. Auch ansonsten bedingt die Verwendung von R744 (Kohlendioxid) als Kältemittel gegenüber dem Einsatz von R134a in aller Regel ein deutlich erhöhtes Druckniveau. Eine mittlere Dichte im Kälte-Kreislauf von maximal 280 kg/m3, vorzugsweise maximal 260 kg/m3, insbesondere maximal 250 kg/m3 (wobei Toleranzen von jeweils +/–10% möglich sind) kann sicherstellen, dass insbesondere auch bei einem Stillstand der Kälteanlage oder bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen in Verbindung mit hohen Kältemittelfüllmengen im Kälte-Kreislauf die Kälteanlage in Folge des deutlich erhöhten Druckes keinen Schaden nimmt. Dabei ist, sofern ein Akkumulator vorhanden ist, darauf zu achten, dass das Akkumulatorvolumen einerseits nicht zu klein gewählt wird, um eine entsprechende Leckagevorhaltung sicherzustellen, andererseits nicht zu groß gewählt wird, um eine kostengünstige Fertigung zu gewährleisten und den Bauraum im Motorraum so klein wie möglich zu halten. Leckagen können üblicherweise an den Verbindungsstellen im Kälte-Kreislauf und am Radialwellendichtring des Verdichters auftreten. Ist der Akkumulator relativ klein dimensioniert, oder im Extremfall kein Akkumulator vorhanden, so übernehmen die Leitungen und sonstigen Kom ponenten dessen Funktion, wofür sie entsprechend auszulegen sind. Durch das Vorsehen einer ausreichenden Leckagevorhaltung können unter anderem die Wartungsintervalle ohne Leistungseinbußen verlängert werden und die Betriebssicherheit erhöht werden.Particularly when R744 is used as the refrigerant, the refrigerant may be in a supercritical state when the system is at a standstill (T crit, R744 = 31 ° C.). In such a case, the standstill pressure is both a function of the temperature, as well as the average density of the refrigerant in the refrigeration cycle, the standstill pressure increases with increasing average density and with increasing temperature. Otherwise, the use of R744 (carbon dioxide) as a refrigerant compared to the use of R134a generally causes a significantly increased pressure level. An average density in the refrigeration cycle of a maximum of 280 kg / m 3 , preferably a maximum of 260 kg / m 3 , in particular a maximum of 250 kg / m 3 (tolerances of +/- 10% are possible) can ensure that especially in a standstill of the refrigeration system or when operating at high ambient temperatures in conjunction with high refrigerant charge in the refrigeration cycle, the refrigeration system in consequence of the significantly increased pressure does not damage. It is, if an accumulator is present, make sure that the accumulator volume on the one hand is not too small to ensure appropriate leakage retention, on the other hand is not chosen too large to ensure cost-effective production and the space in the engine compartment as small as possible to keep. Leaks can usually occur at the connection points in the refrigeration circuit and at the radial shaft sealing ring of the compressor. If the accumulator is dimensioned relatively small, or in extreme cases, no accumulator available, take over the lines and other com ponents its function, for which they are interpreted accordingly. By providing a sufficient Leckagevorhaltung can inter alia the maintenance Inter valle can be extended without sacrificing performance and operating safety can be increased.

Das Volumen des Akkumulators ergibt sich bevorzugt entsprechend der im Anspruch angegebenen Gleichung, wobei Abweichungen von +/–20% möglich sind. Bevorzugt betragen die Abweichungen jedoch nur maximal +/–10%, insbesondere maximal +/–5%, um ein optimales Akkumulatorvolumen zu erhalten. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass zur Verwendung des Akkumulators als Puffervolumen zum Ausgleich von Betriebsschwankungen das freies Akkumulatorvolumen größer als 450 cm3 sein sollte. Das freie Akkumulatorvolumen für mobile R744-Kälteanlagen beträgt vorzugsweise zwischen 700 und 4000 cm3, insbesondere zwischen 900 und 3000 cm3, und insbesondere bevorzugt zwischen 1100 und 2100 cm3.The volume of the accumulator preferably results according to the equation given in the claim, with deviations of +/- 20% being possible. However, the deviations are preferably only a maximum of +/- 10%, in particular a maximum of +/- 5%, in order to obtain an optimum accumulator volume. It should be ensured that for use of the accumulator as a buffer volume to compensate for operational fluctuations, the free accumulator volume should be greater than 450 cm 3 . The free accumulator volume for mobile R744 refrigeration systems is preferably between 700 and 4000 cm 3 , in particular between 900 and 3000 cm 3 , and particularly preferably between 1100 and 2100 cm 3 .

Das Akkumulatorvolumen kann auch auf mehrere Behälter verteilt sein, die zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter angeordnet sind. Dabei können auch entsprechend, insbesondere mit vergrößertem Innendurchmesser, ausgebildete Leitungen einen Teil des Akkumulatorvolumens bilden.The Accumulator volume can also be distributed over several containers between the evaporator and the compressor are arranged. It also can accordingly, in particular with an enlarged inner diameter, formed Lines form part of the accumulator volume.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, teilweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung, im Einzelnen erläutert. Es zeigt:in the The invention will be described below with reference to several exemplary embodiments, partially with reference to the drawings, explained in detail. It shows:

1 eine schematische Prinzipskizze eines Kälte-Kreislaufs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 1 a schematic diagram of a refrigeration cycle according to the first embodiment,

2 eine schematische Prinzipskizze eines Kälte-Kreislaufs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, 2 a schematic schematic diagram of a refrigeration cycle according to the second embodiment,

3 ein p, h-Diagramm eines typischen R744-Kältemittel-Kreislaufs im Auslegungspunkt, und 3 a p, h diagram of a typical R744 refrigerant circuit at the design point, and

4 ein Diagramm, das einen typischen Verlauf des R744-Drucks über der Zeit im Akkumulator im Auslegungspunkt verdeutlicht. 4 a diagram illustrating a typical course of the R744 pressure over time in the accumulator at the design point.

Die 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel eine schematische Prinzipskizze eines Kälte-Kreislaufs 1 einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, welcher einen Kältemittel-Verdichter 2, einen Gaskühler 3, einen inneren Wärmetauscher 4, ein Expansionsorgan 5, einen Verdampfer 6 und einen Sammler oder Akkumulator 7 aufweist.The 1 shows as a first embodiment, a schematic schematic diagram of a refrigeration cycle 1 an automotive air conditioning system, which is a refrigerant compressor 2 , a gas cooler 3 , an internal heat exchanger 4 , an expansion organ 5 , an evaporator 6 and a collector or accumulator 7 having.

Als Kältemittel wird im Kreislauf 1 R744 (Kohlendioxid) umgewälzt. Das gasförmige Kältemittel gelangt vom Verdichter 2, in welchem es verdichtet wird, über den Gaskühler 3, in welchem das in Folge der Verdichtung erhitzte Kältemittel abgekühlt wird, zum inneren Wärmetauscher 4 und zum Expansionsorgan 5, in welchem das verdichtete Kältemittel entspannt und dadurch weiter abgekühlt wird. Wegen des in diesem Teil des Kälte-Kreislaufs 1 herrschenden, hohen Drucks wird auf denselben als Hochdruckseite Bezug genommen. Anschließend gelangt das kalte, entspannte Kältemittel vom Expansionsorgan 5 zum Verdampfer 6, in welchem es Wärme aus der Umgebung aufnimmt und welchen es zum Teil dampfförmig und zum Teil flüssig verlässt, dann zum Akkumulator 7, in welchem sich flüssiges Kältemittel sammelt und bei Bedarf wieder dem Kreislauf zugeführt werden kann, und über den inneren Wärmetauscher 4 wieder zum Verdichter 2. Wegen des in diesem Teil des Kälte-Kreislaufs 1 herrschenden, niedrigeren Drucks, wird auf denselben als Niederdruckseite Bezug genommen.As refrigerant is in circulation 1 R744 (carbon dioxide) circulated. The gaseous refrigerant passes from the compressor 2 in which it is compressed, via the gas cooler 3 in which the refrigerant heated as a result of the compression is cooled, to the inner heat exchanger 4 and the organ of expansion 5 in which the compressed refrigerant is expanded and thereby further cooled. Because of in this part of the refrigeration cycle 1 prevailing, high pressure is referred to as the high pressure side. Subsequently, the cold, relaxed refrigerant passes from the expansion device 5 to the evaporator 6 , in which it absorbs heat from the environment and which it leaves partly vaporous and partly liquid, then to the accumulator 7 in which liquid refrigerant collects and can be recycled if necessary, and via the internal heat exchanger 4 back to the compressor 2 , Because of in this part of the refrigeration cycle 1 prevailing, lower pressure, is referred to as the low pressure side.

Der Akkumulator 7, der niederdruckseitig zwischen dem Verdampfer 6 und dem inneren Wärmetauscher 4 angeordnet ist, hat zwei Aufgaben. Zum Ei nen soll der Akkumulator 7 als Puffervolumen zum Ausgleich von Betriebsschwankungen dienen, da in unterschiedlichen Betriebspunkten unterschiedlich viel Kältemittel benötigt wird. Zum Anderen soll neben der für den Betrieb der Kälteanlage benötigten Kältemittelmenge zusätzliches Kältemittel in den Kreislauf gefüllt werden, um über einen definierten Zeitraum die unvermeidlichen Kältemittelleckagen, beispielsweise am Verdichter-Radialwellendichtring, abzupuffern. Auch dieser zusätzliche Kältemittelpuffer oder -vorrat soll insbesondere im Betrieb der Anlage im Akkumulator 7 vorgehalten werden.The accumulator 7 , the low pressure side between the evaporator 6 and the inner heat exchanger 4 arranged, has two tasks. For the egg NEN of the accumulator 7 serve as a buffer volume to compensate for fluctuations in operation, since at different operating points different amounts of refrigerant is needed. On the other hand, in addition to the amount of refrigerant required for the operation of the refrigeration system additional refrigerant to be filled in the circuit to buffer over a defined period, the inevitable refrigerant leakage, for example, at the compressor radial shaft seal. Also, this additional refrigerant buffer or supply should in particular during operation of the system in the accumulator 7 be kept.

Unter realen Betriebsbedingungen und mit einer sinnvollen Leckagevorhaltung ist für die Auslegung des freien Akkumulatorvolumens die Kältemittelleckage maßgeblich. Das freie Akkumulatorvolumen ist dabei definiert als das Innenvolumen des Akkumulators abzüglich des Volumens eventueller Inneneinbauten des Akkumulators. Abhängig vom Kreislaufvolumen ohne Akkumulator 7 und dem Kältemitteldruck im Akkumulator 7 im Auslegungspunkt lässt sich das freie Akkumulatorvolumen VAkku hierbei nach folgender Gleichung berechnen: VAkku = [mLeckage – VKKL (ρmax – ρKKL)]/(ρmax – PTaulinie[pAkku]) Under real operating conditions and with meaningful provision of leaks, the refrigerant leakage is decisive for the design of the free accumulator volume. The free accumulator volume is defined as the internal volume of the accumulator minus the volume of any internal installations of the accumulator. Depending on the circulatory volume without accumulator 7 and the refrigerant pressure in the accumulator 7 at the design point, the free accumulator volume V battery can be calculated according to the following equation: V battery pack = [m leakage - V KKL (ρ Max - ρ KKL )] / (Ρ Max - P dew line [p battery pack ])

Hierbei sind mLeckage das Kältemittel zur Vorhaltung für die Leckage, pAkku der Druck des Kältemittels im Akkumulator (im Auslegungspunkt), ρmax die maximal zulässige Dichte im Kälte-Kreislauf und Akkumulator, ρKKL die mittlere Dichte des Kälte-Kreislaufs ohne Akkumulator, ρTaulinie die Dichte des Kältemittels auf der Taulinie, VAkku das Volumen des Akkumulators und VKKL das Volumen des Kälte-Kreislaufs ohne Akkumulator. Die Formel gilt dabei in erster Linie für den Befüllungszeitpunkt der Anlage.Here, m leakage is the refrigerant for maintaining the leakage, p battery is the pressure of the refrigerant in the accumulator (in the design point), ρ max is the maximum permissible density in the refrigeration circuit and accumulator, ρ KKL is the mean density of the refrigeration cycle without accumulator, ρ dew line the density of the refrigerant on the dew line, V battery the volume of the accumulator and V KKL the volume of the refrigeration circuit without accumulator. The formula applies in the first Li never for the filling time of the system.

Als weitere Auslegungsgrundlage kann folgende Gleichung Anwendung finden: VAkku = [mLeckage – VKKL ((ρmax – ρKKL)]/(ρmax – ρGas) The following equation can be used as a further basis for interpretation: V battery pack = [m leakage - V KKL ((Ρ Max - ρ KKL )] / (Ρ Max - ρ gas )

Hierbei sind mLeckage das Kältemittel zur Vorhaltung für die Leckage, pAkku der Druck des Kältemittels im Akkumulator (im Auslegungspunkt), ρmax die maximal zulässige Dichte im Kälte-Kreislauf und Akkumulator, ρKKL die mittlere Dichte des Kälte-Kreislaufs ohne Akkumulator, ρGas die Dichte des gasförmigen Kältemittels im Akkumulator, VAkku das Volumen des Akkumulators und VKKL das Volumen des Kälte-Kreislaufs ohne Akkumulator. Auch diese Formel gilt dabei in erster Linie für den Befüllungszeitpunkt der Anlage.Here, m leakage is the refrigerant for maintaining the leakage, p battery is the pressure of the refrigerant in the accumulator (in the design point), ρ max is the maximum permissible density in the refrigeration circuit and accumulator, ρ KKL is the mean density of the refrigeration cycle without accumulator, ρ Gas the density of the gaseous refrigerant in the accumulator, V accumulator the volume of the accumulator and V KKL the volume of the refrigeration cycle without accumulator. This formula also applies primarily to the filling time of the system.

Auslegungspunkt für das Akkuvolumen ist ein Betriebspunkt bei sehr hohen Umgebungstemperaturen (z.B. 40 bis 45°C und/oder 45 bis 48°C) und einer hohen Sonnenlast (z.B. 1000 W/m2). Das Fahrzeug wird im Leerlauf ggf. im Außenluftbetrieb betrieben. Um die Kälteanlage optimal zu betreiben muss die Kälteanlage mit Kältemittel so gefüllt werden, dass die Überhitzung des Kältemittels nach Verdampfer verschwindet, bzw. im Rahmen der Messgenauigkeit kleiner 6 K, vorzugsweise 4 K, besonders vorzugsweise 2 K beträgt. Dabei stellen sich ein bestimmter Kältemitteldruck im Akkumulator 7 und eine bestimmte Kältemitteldichte (Dichte auf der Taulinie, bzw. Dichte bei 2, 4 oder 6 K Überhitzung und p = pAkku) ein (stationärer Zustand bzw. Wert nach 10 min). Ein typischer Verlauf des Drucks im Akkumulator 7 ist in 4 dargestellt. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, fällt der Druck nach dem Starten innerhalb kurzer Zeit stark ab.The design point for the battery volume is an operating point at very high ambient temperatures (eg 40 to 45 ° C and / or 45 to 48 ° C) and a high solar load (eg 1000 W / m 2 ). The vehicle is operated in idle, possibly in outdoor air mode. In order to operate the refrigeration system optimally, the refrigeration system must be filled with refrigerant in such a way that the overheating of the refrigerant disappears downstream of the evaporator or within the measuring accuracy is less than 6 K, preferably 4 K, particularly preferably 2 K. In this case, set a certain refrigerant pressure in the accumulator 7 and a certain refrigerant density (density on the dew line, or density at 2, 4 or 6 K overheating and p = p battery ) (steady state or value after 10 min). A typical course of pressure in the accumulator 7 is in 4 shown. As can be seen from the diagram, the pressure drops sharply after starting within a short time.

Das freie Akkumulatorvolumen sollte etwa entsprechend oben genannter Gleichung festgelegt werden, wobei die Gleichung als Optimum gilt. Abweichungen bei der Auslegung nach oben oder unten sind natürlich möglich, sollten aber gering gehalten werden, insbesondere maximal 20% betragen. Bei der Auslegung ist darauf zu achten, dass zur Verwendung des Akkumulators 7 als Puffervolumen zum Ausgleich von Betriebsschwankungen das freie Akkumulatorvolumen sinnvollerweise größer als 450 cm3 sein sollte. Vorliegend beträgt das freie Akkumulatorvolumen ca. 1600 cm3.The free accumulator volume should be determined approximately according to the above equation, the equation being optimum. Deviations in the design up or down are of course possible, but should be kept low, in particular amount to a maximum of 20%. When designing, make sure to use the battery 7 As a buffer volume to compensate for operating fluctuations, the free accumulator volume should usefully be greater than 450 cm 3 . In the present case, the free accumulator volume is about 1600 cm 3 .

Die mittlere Dichte im Kälte-Kreislauf 1 ohne Akkumulator 7 sollte bei der Auslegung des Akkumulators 7 kleiner oder gleich der maximal zulässigen Dichte des Kälte-Kreislaufs 1 einschließlich Akkumulatorvolumen sein, die vorteilhafterweise 260 kg/m3 beträgt. Der Kälte-Kreislauf 1 wird so betrieben, dass in jedem Betriebszustand (außer bei den Anfahrvorgängen oder kurzfristigen Betriebsschwankungen) das Kältemittel am Verdampferaustritt zweiphasig, also dampfförmig und flüssig, vorliegt, wodurch zumindest ein Teil des Kältemittels in flüssigem Zustand zum Akkumulator 7 gelangt und dort gesammelt und gespeichert werden kann.The mean density in the refrigeration cycle 1 without accumulator 7 should in the design of the accumulator 7 less than or equal to the maximum permissible density of the refrigeration cycle 1 including accumulator volume, which is advantageously 260 kg / m 3 . The cold cycle 1 is operated so that in any operating condition (except for the starting or short-term fluctuations in operation), the refrigerant at the evaporator outlet two-phase, ie vapor and liquid, is present, whereby at least a portion of the refrigerant in the liquid state to the accumulator 7 arrives and can be collected and stored there.

Das in 2 dargestellte, zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch ist hierbei das Expansionsorgan 5 in den inneren Wärmetauscher 4 integriert. An der Funktion des Kälte-Kreislaufs ändert sich – abgesehen davon, dass das Kältemittel direkt vom inneren Wärmetauscher 4 zum Expansionsorgan 5, welches vorliegend direkt in den inneren Wärmetauscher 4 hochdruckseitig integriert ist, gelangt und nicht erst durch eine Leitung strömen muss – nichts.This in 2 illustrated, second embodiment corresponds essentially to the first embodiment, but here is the expansion device 5 in the inner heat exchanger 4 integrated. At the function of the refrigeration cycle changes - apart from that the refrigerant directly from the inner heat exchanger 4 to the expansion organ 5 , Which in the present case directly into the inner heat exchanger 4 integrated high pressure side, passes and does not have to flow through a pipe - nothing.

Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Leitung zwischen dem inneren Wärmetauscher 4 und dem Expansionsorgan 5 wird ermöglicht, dass die Leitung, in welcher sich Kältemittel mit der höchsten Dichte befindet, möglichst kurz gehalten werden kann oder, wie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, ganz entfällt.By an appropriate design of the line between the inner heat exchanger 4 and the expansion organ 5 is made possible that the line in which there is the highest density refrigerant can be kept as short as possible or, as in the second embodiment, completely eliminated.

Gemäß einem dritten, nicht in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, welches aber in seinem prinzipiellen Aufbau im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, sind die Kältemittelleitungen zwischen dem Verdampfer und dem Akkumulator, dem Akkumulator und dem inneren Wärmetauscher und dem inneren Wärmetauscher bis zum Verdichter mit einem vergrößerten Innendurchmesser (von beispielsweise mehr als und/oder = 10 mm Innendurchmesser) und die Kältemittelleitungen zwischen dem Verdichter und Gaskühler, dem Gaskühler und dem Expansionsorgan sowie dem Expansionsorgan bis zum Verdampfer mit einem verkleinerten Innendurchmesser (von beispielsweise weniger als 8 mm, 6 mm bzw. 4 mm Innendurchmesser) ausgebildet. Zudem sind die Leitungslängen in den Bereichen mit vergrößertem Innendurchmesser vergrößert ausgebildet und die Leitungslängen in den Bereichen mit verkleinertem Innendurchmesser verkürzt ausgebildet, so dass in den entsprechenden Bereichen mehr bzw. weniger Kältemittel aufgenommen wird. Dadurch kann unter anderem der Akkumulator verkleinert ausgebildet sein oder im Extremfall gar ganz entfallen. Insbesondere im letzteren Fall können dabei andere Komponenten einen Schutz des Kompressors vor einem „Naßfahren" übernehmen.According to one third embodiment, not shown in the drawing, which, however, in its basic structure essentially the first embodiment corresponds, are the refrigerant pipes between the evaporator and the accumulator, the accumulator and the inner heat exchanger and the inner heat exchanger up to the compressor with an enlarged inner diameter (for example, more than and / or = 10 mm inner diameter) and the refrigerant pipes between the compressor and gas cooler, the gas cooler and the expansion organ and the expansion device to the evaporator with a reduced inside diameter (of less, for example as 8 mm, 6 mm or 4 mm inner diameter) is formed. In addition are the cable lengths in the areas with increased inside diameter formed enlarged and the cable lengths formed shortened in the areas with reduced inner diameter, so that in the corresponding areas more or less refrigerant is recorded. As a result, among other things, the accumulator can be downsized be educated or even completely omitted in extreme cases. Especially in the latter case can while other components take a protection of the compressor before a "wet ride".

Der Kälte-Kreislauf wird gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in jedem Fall derart betrieben, dass die mittlere Dichte des Kältemittels im Kälte-Kreislauf maximal 260 kg/m3 + 10%, also maximal 286 kg/m3, beträgt. Auch in diesem Fall wird der Kreislauf so betrieben, dass in jedem Betriebszustand (außer bei den Anfahrvorgängen und kurzfristigen Betriebsschwankungen) das Kältemittel am Verdampferaustritt zweiphasig, also dampfförmig und flüssig, vorliegt.The refrigeration cycle is operated according to the third embodiment in each case such that the average density of the refrigerant in the refrigeration cycle is at most 260 kg / m 3 + 10%, ie a maximum of 286 kg / m 3 . Also in this case, the circuit is operated so that in each Betriebszu was (except for the starting and short-term fluctuations in operation), the refrigerant at the evaporator outlet two-phase, ie vapor and liquid, is present.

Claims (17)

Kälte-Kreislauf mit einem Verdichter (2), einem Gaskühler (3), einem inneren Wärmetauscher (4), einem Expansionsorgan (5), einem Verdampfer (6) und einem Kältemittel, gekennzeichnet durch ein Zusatzvolumen an Kältemittel, das die über eine Betriebszeitdauer auftretenden Leckageverluste ausgleicht.Refrigeration circuit with a compressor ( 2 ), a gas cooler ( 3 ), an internal heat exchanger ( 4 ), an expansion organ ( 5 ), an evaporator ( 6 ) and a refrigerant, characterized by an additional volume of refrigerant, which compensates for the leakage losses occurring over an operating period. Kälte-Kreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dichte des Kältemittels im Kälte-Kreislauf (1) maximal 280 kg/m3, vorzugsweise maximal 260 kg/m3, insbesondere maximal 250 kg/m3, beträgt.Refrigeration circuit according to claim 1, characterized in that the average density of the refrigerant in the refrigeration cycle ( 1 ) is at most 280 kg / m 3 , preferably at most 260 kg / m 3 , in particular at most 250 kg / m 3 . Kälte-Kreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Akkumulator (7) niederdruckseitig im Kälte-Kreislauf (1) zwischen dem Verdampfer (6) und dem inneren Wärmetauscher (4) angeordnet ist.Refrigeration circuit according to claim 1 or 2, characterized in that an accumulator ( 7 ) low pressure side in the refrigeration cycle ( 1 ) between the evaporator ( 6 ) and the inner heat exchanger ( 4 ) is arranged. Kälte-Kreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Volumen des Akkumulators (7) ergibt durch: VAkku = [mLeckage – VKKL (ρmax – ρKKL)]/(ρmax – ρTaulinie[pAkku]),wobei Abweichungen von +/–20% möglich sind, und wobei mLeckage das Kältemittel zur Vorhaltung für die Leckage, pAkku der Druck des Kältemittels im Akkumulator (7), ρmax die maximal zulässige Dichte im Kälte-Kreislauf (1) und Akkumulator (7), ρKKL die mittlere Dichte des Kälte-Kreislaufs (1) ohne Akkumulator (7), ρTaulinie die Dichte des Kältemittels auf der Taulinie, VAkku das Volumen des Akkumulators (7) und VKKL das Volumen des Kälte-Kreislaufs (1) ohne Akkumulator (7) ist.Refrigeration circuit according to claim 3, characterized in that the volume of the accumulator ( 7 ) results from: V battery pack = [m leakage - V KKL (ρ Max - ρ KKL )] / (Ρ Max - ρ dew line [p battery pack ]), where deviations of +/- 20% are possible, and where m leakage the refrigerant to provide for the leakage, p battery the pressure of the refrigerant in the accumulator ( 7 ), ρ max is the maximum permissible density in the refrigeration cycle ( 1 ) and accumulator ( 7 ), ρ KKL is the mean density of the refrigeration cycle ( 1 ) without accumulator ( 7 ), ρ dew line the density of the refrigerant on the dew line, V battery the volume of the accumulator ( 7 ) and V KKL the volume of the refrigeration cycle ( 1 ) without accumulator ( 7 ). Kälte-Kreislauf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen des Volumen des Akkumulators (7) maximal +/–10%, insbesondere maximal +/–5%, betragen.Refrigeration circuit according to claim 3 or 4, characterized in that the deviations of the volume of the accumulator ( 7 ) a maximum of +/- 10%, in particular a maximum of +/- 5%. Kälte-Kreislauf nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das freies Akkumulatorvolumen größer als 450 cm3 ist.Refrigeration circuit according to one of claims 3 to 5, characterized in that the free accumulator volume is greater than 450 cm 3 . Kälte-Kreislauf nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das freies Akkumulatorvolumen zwischen 700 cm3 und 4000 cm3, vorzugsweise zwischen 900 cm3 und 3000 cm3, besonders vorzugsweise zwischen 1100 cm3 und 2100 cm3 beträgt.Refrigeration circuit according to one of claims 3 to 6, characterized in that the free accumulator volume between 700 cm 3 and 4000 cm 3 , preferably between 900 cm 3 and 3000 cm 3 , more preferably between 1100 cm 3 and 2100 cm 3 . Kälte-Kreislauf nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Behälter zur Aufnahme des Kältemittels niederdruckseitig zwischen dem Verdampfer (6) und dem Verdichter (2) vorgesehen sind.Refrigeration circuit according to one of claims 3 to 7, characterized in that at least two containers for receiving the refrigerant low-pressure side between the evaporator ( 6 ) and the compressor ( 2 ) are provided. Kälte-Kreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen im Bereich zwischen dem Verdampfer (6) und dem Verdichter (2) mit vergrößertem Innendurchmesser von insbesondere mehr als und/oder = 10 mm Innendurchmesser und/oder vergrößerter Länge ausgebildet sind.Refrigeration circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the lines in the region between the evaporator ( 6 ) and the compressor ( 2 ) are formed with an enlarged inner diameter of more than and / or = 10 mm inner diameter and / or increased length. Kälte-Kreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen im Bereich zwischen dem Verdichter (2) und dem Verdampfer (6) mit verkleinertem Innendurchmesser von insbesondere weniger als 8 mm, vorzugsweise weniger als 6 mm Innendurchmesser und/oder verkleinerter Länge ausgebildet sind.Refrigeration circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the lines in the region between the compressor ( 2 ) and the evaporator ( 6 ) are formed with a reduced inner diameter of in particular less than 8 mm, preferably less than 6 mm inner diameter and / or reduced length. Kälte-Kreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsorgan (5) in der Nähe des hochdruckseitigen Ausgangs des inneren Wärmetauschers (4) angeordnet oder in denselben integriert ausgebildet ist.Refrigeration circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion element ( 5 ) near the high-pressure side exit of the inner heat exchanger ( 4 ) is arranged or formed integrated in the same. Kälte-Kreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Kohlendioxid als Kältemittel.Refrigeration cycle according to one of the preceding claims, characterized by carbon dioxide as Refrigerant. Verfahren zum Befüllen eines Kälte-Kreislaufs (1) mit einem Verdichter (2), einem Gaskühler (3), einem inneren Wärmetauscher (4), einem Expansionsorgan (5) und einem Verdampfer (6) mit einem Kältemittel, dadurch gekennzeichnet, das ein Zusatzvolumen an Kältemittel vorgesehen ist, dass die über eine Betriebszeitdauer auftretenden Leckageverluste ausgleicht.Method for filling a refrigeration cycle ( 1 ) with a compressor ( 2 ), a gas cooler ( 3 ), an internal heat exchanger ( 4 ), an expansion organ ( 5 ) and an evaporator ( 6 ) with a refrigerant, characterized in that an additional volume of refrigerant is provided that compensates for the leakage occurring over an operating period of time. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet dass die mittlere Dichte des Kältemittels im Kälte-Kreislauf (1) so eingeregelt wird, dass sie maximal 280 kg/m3, vorzugsweise maximal 260 kg/m3, insbesondere maximal 250 kg/m3, beträgt.A method according to claim 13, characterized in that the average density of the refrigerant in the refrigeration cycle ( 1 ) is adjusted so that it is at most 280 kg / m 3 , preferably at most 260 kg / m 3 , in particular at most 250 kg / m 3 . Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Akkumulator (7) niederdruckseitig im Kälte-Kreislauf (1) angeordnet ist, in welchem flüssiges Kältemittel gesammelt wird.Method according to claim 13 or 14, characterized in that an accumulator ( 7 ) low pressure side in the refrigeration cycle ( 1 ) is arranged, in which liquid refrigerant is collected. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Volumen des Akkumulators (7) ergibt durch: VAkku = [mLeckage – VKKL ((ρmax – ρKKL)]/(ρmax – ρTaulinie[pAkku]),wobei Abweichungen von +/–20% möglich sind, und wobei mLeckage das Kältemittel zur Vorhaltung für die Leckage, pAkku der Druck des Kältemittels im Akkumulator (7), ρmax die maximal zulässige Dichte im Kälte-Kreislauf (1) und Akkumulator (7), ρKKL die mittlere Dichte des Kälte-Kreislaufs (1) ohne Akkumulator (7), ρTaulinie die Dichte des Kältemittels auf der Taulinie, VAkku das Volumen des Akkumulators (7) und VKKL das Volumen des Kälte-Kreislaufs (1) ohne Akkumulator (7) ist.Method according to claim 15, characterized in that the volume of the accumulator ( 7 ) results from: V battery pack = [m leakage - V KKL ((Ρ Max - ρ KKL )] / (Ρ Max - ρ dew line [p battery pack ]), where deviations of +/- 20% are possible, and where m leakage is the refrigerant for keeping the leak, p battery is the pressure of the refrigerant in the accumulator ( 7 ), ρ max is the maximum permissible density in the refrigeration cycle ( 1 ) and accumulator ( 7 ), ρ KKL is the mean density of the refrigeration cycle ( 1 ) without accumulator ( 7 ), ρ dew line the density of the refrigerant on the dew line, V battery the volume of the accumulator ( 7 ) and V KKL the volume of the refrigeration cycle ( 1 ) without accumulator ( 7 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältemittel Kohlendioxid verwendet wird.Method according to one of claims 13 to 16, characterized that as a refrigerant carbon dioxide is used.
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