DE102014113167A1 - CO2 chiller for operation at high recooling temperatures - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine CO2-Kältemaschine mit Hubkolbenverdichtern im hochdruckseitig unter- oder überkritischen Betrieb. Die erfindungsgemäße CO2-Kältemaschine umfasst einen Kältemittelhauptkreislauf und einen Kältemittel-Nebenkreislauf, einen primärseitig zwischen Kältemittelaustritt des Gaskühlers bzw. Verflüssigers (3) und Hochdruckregelventil (8) angeordneten, kältemittelbeaufschlagten Unterkühler (6), dessen Kälteleistung vom Kältemittel-Nebenkreislauf erzeugbar ist, und einen Teilstrom-Hubkolbenverdichter (2), der über ein Umschaltventil (7) entweder als Verdichter des Nebenkreislaufs oder als zusätzlicher Verdichter des Kältemittelhauptkreislaufs betreibbar ist. Der Unterkühler (6) kühlt im Kältemittelhauptkreislauf das aus dem Gaskühler bzw. Verflüssiger (3) strömende Kältemittel zusätzlich ab, sodass durch diese Enthalpieabsenkung eine Effizenzsteigerung ermöglicht ist. Eine mit Temperatursensoren (14, 16, 17) und einem Druckmesssensor (15) verbundene Steuerungseinheit (15) ist derart konfiguriert, dass sie das Umschaltventil (7) in Abhängigkeit der gemessenen Druck- und Temperaturwerte schalten und somit die zusätzliche Kühlung des Hauptstromes im Unterkühler (6) ein- bzw. ausschalten kann.The invention relates to a CO2 refrigerating machine with reciprocating compressors in the high pressure side under or supercritical operation. The CO2 refrigerating machine according to the invention comprises a refrigerant main circuit and a refrigerant secondary circuit, a supercharged refrigerant (6) arranged on the primary side between the refrigerant outlet of the gas cooler or condenser (3) and high-pressure control valve (8), whose cooling capacity can be generated by the refrigerant secondary circuit, and a Partial flow reciprocating compressor (2), which is operable via a switching valve (7) either as a compressor of the secondary circuit or as an additional compressor of the refrigerant main circuit. The subcooler (6) additionally cools the refrigerant flowing out of the gas cooler or condenser (3) in the refrigerant main circuit, so that an increase in efficiency is made possible by this enthalpy reduction. A control unit (15) connected to temperature sensors (14, 16, 17) and a pressure measuring sensor (15) is configured to switch the switching valve (7) in dependence on the measured pressure and temperature values and thus the additional cooling of the main flow in the subcooler (6) can switch on or off.

Description

Die Erfindung betrifft eine CO2-Kältemaschine mit Hubkolbenverdichtern im hochdruckseitig unter- und überkritischen Betrieb bei hohen Rückkühltemperaturen, deren Prinzip gleichfalls bei Drucklufttrockner (Kondensat-Trockner) und Wärmepumpen vorteilhaft angewendet werden kann. The invention relates to a CO 2 chiller with reciprocating compressors in the high pressure side subcritical and supercritical operation at high recooling temperatures, the principle of which can also be advantageously applied to compressed air dryer (condensate dryer) and heat pumps.

Beim Kaltdampfkältemaschinenprozesses mit Kohlendioxid (CO2) als Kältemittel hängt die Effizienz (COP – Coefficient of Performance), d. h. der Quotient aus Kälteleistung zu aufgebrachter Antriebsleistung, entscheidend von der Temperatur des Kühlmediums am Gaskühler-/Verflüssigereintritt ab. Die Wärmeübertragung vom Kältemittel an das Kühlmedium wird hierbei am Gaskühler-/Verflüssiger in bekannter Weise durchgeführt. Als Kühlmedium kann z. B. Kühlwasser aus einem offenen oder geschlossenem Kühlturm, einem Fluss oder Teich verwendet sein. Die Temperatur des Kühlmediums bestimmt zunächst, ob der Prozess hochdruckseitig unter- oder überkritisch verläuft. In the cold vapor chiller process with carbon dioxide (CO 2 ) as the refrigerant, COP (Coefficient of Performance), ie the ratio of cooling capacity to applied drive power, depends crucially on the temperature of the cooling medium at the gas cooler / condenser inlet. The heat transfer from the refrigerant to the cooling medium is in this case carried out on the gas cooler / condenser in a known manner. As a cooling medium z. As cooling water from an open or closed cooling tower, a river or pond be used. The temperature of the cooling medium first determines whether the process is underpressure or supercritical on the high pressure side.

Aufgrund des besseren COP wird eine Kälteanlage mit CO2 als Kältemittel vorwiegend unterkritisch (subkritisch) betrieben. Hierfür ist es allerdings notwendig, das verdichtete Kohlendioxid am Gaskühler bei einer Temperatur unterhalb von 31°C (kritische Temperatur) zu verflüssigen, wobei der Gaskühler in diesem Fall als Verflüssiger funktioniert. Die tatsächliche Verflüssigungstemperatur bei unterkritischem Betrieb wird von den Rückkühlbedingungen bestimmt. Due to the better COP, a refrigeration system with CO 2 as the refrigerant is operated predominantly subcritical (subcritical). However, for this purpose it is necessary to liquefy the compressed carbon dioxide at the gas cooler at a temperature below 31 ° C (critical temperature), the gas cooler in this case works as a condenser. The actual liquefaction temperature for subcritical operation is determined by the recooling conditions.

Bei überkritischem Betrieb ist u.a. entscheidend, auf welche Temperatur das Kältemittel am Gaskühleraustritt ausgekühlt und mit welcher spez. Enthalpie es dem Verdampfer zugeführt wird. Je höher die Gaskühleraustrittstemperatur, desto weniger effizient ist die Kältemaschine. In supercritical operation is u.a. decisive to which temperature the refrigerant cooled at the gas cooler outlet and with which spec. Enthalpy it is fed to the evaporator. The higher the gas cooler exit temperature, the less efficient the chiller.

Es ist bekannt, dass die Eintrittstemperatur des Kühlmediums in den Gaskühler (bei überkritischem Betrieb der CO2-Kältemaschine) bzw. den Verflüssiger (bei unterkritischem Betrieb der CO2-Kältemaschine) in den Sommermonaten wesentlich höher als in den restlichen Monaten des Jahres ist. Das betrifft sowohl Rückkühlsysteme mit Kühlturm als auch die Kühlung mit Oberflächenwasser (z. B. See, Kühlteich). So kann es z. B. sein, dass das ruhende Wasser in einem Kühlteich in heißen Sommermonaten eine Temperatur von 30°C und in kalten Wintermonaten nur eine Temperatur von etwa 4°C aufweist. Dies bedeutet, dass ein jahreszeitlicher Unterschied von mehr als 25K für die Eintrittstemperatur des Kühlmediums in den Gaskühler bzw. den Verflüssiger von Kältemaschinen besteht. It is known that the inlet temperature of the cooling medium in the gas cooler (in supercritical operation of the CO 2 chiller) and the condenser (in subcritical operation of the CO 2 chiller) in the summer months is much higher than in the remaining months of the year. This applies to both recooling systems with cooling tower and cooling with surface water (eg lake, cooling pond). So it may be z. B. be that the dormant water in a cooling pond in hot summer months has a temperature of 30 ° C and in cold winter months, only a temperature of about 4 ° C. This means that there is a seasonal difference of more than 25K for the inlet temperature of the cooling medium in the gas cooler and the condenser of refrigerators.

Zur Verbesserung der Effizienz des Kaltdampfkältemaschinenprozesses durch Absenkung der spez. Enthalpie des Kältemittels nach dem Gaskühler-/Verflüssigeraustritt sind prinzipiell drei technische Lösungen bekannt. To improve the efficiency of the cold vapor chiller process by lowering the spec. Enthalpy of the refrigerant after the gas cooler / condenser outlet are known in principle three technical solutions.

Bei der ersten Lösung wird ein zusätzlicher Wärmeübertrager als Unterkühler in kältemittelseitiger Strömungsrichtung nach dem Gaskühler bzw. dem Verflüssiger eingesetzt. In diesem sekundärseitig von einem Kühlmedienstrom niedriger Temperatur beaufschlagten Unterkühler kann das aus dem Gaskühler austretende Kältemittel weiter abgekühlt werden. Diese Lösung zur Effizienzverbesserung mit zusätzlichem Wärmeübertrager setzt allerdings ein entsprechendes Kühlmedium voraus, das in der warmen Jahreszeit in der Regel nicht verfügbar ist. In the first solution, an additional heat exchanger is used as a subcooler in the refrigerant-side flow direction after the gas cooler or the condenser. In this subcooler, which is subjected to a low-temperature cooling medium flow on the secondary side, the refrigerant emerging from the gas cooler can be further cooled. However, this solution to improve efficiency with additional heat exchanger requires a corresponding cooling medium, which is usually not available in the warm season.

Bei der zweiten Lösung wird Kältemitteldampf aus einem Mitteldrucksammler, welcher im Kältemittelfluss des Kältemittelkreislaufs zwischen Gaskühler bzw. Verflüssiger und der Entspannungseinrichtung angeordnet ist, abgesaugt. Bei überkritischem Prozessverlauf muss der Hochdruck geregelt werden; das dazu verwendete Regelventil ist zwischen Gaskühler bzw. Verflüssiger und Kältemittelsammler angeordnet. Im Kältemittelsammler findet eine Trennung der flüssigen und dampfförmigen Kältemittelphase statt. Durch Absaugen des bei der Entspannung ins Zweiphasengebiet entstehenden Flashgases wird erreicht, dass dem Expansionsventil nur Flüssigkeit im Sättigungszustand bei Mitteldruck zugeführt wird. Das Kältemittel tritt nach der Entspannung mit praktisch unveränderter spez. Enthalpie in den Verdampfer ein. Die Verdichtung des abgesaugten Flashgases vom Mitteldruck auf den Hochdruck erfolgt bei Schraubenverdichtern über eine mit dem Verdichtungsraum verbundene Economiser-Anschlussöffnung. Der Druck an dieser Stelle liegt, in Abhängigkeit von der geometrischen Anordnung, zwischen Saug- und Hochdruck. In the second solution, refrigerant vapor is extracted from a medium-pressure collector, which is arranged in the refrigerant flow of the refrigerant circuit between the gas cooler or condenser and the expansion device. In the case of a supercritical process, the high pressure must be regulated; The control valve used for this purpose is arranged between the gas cooler or condenser and the refrigerant collector. In the refrigerant collector, a separation of the liquid and vapor refrigerant phase takes place. By sucking off the flash gas produced during the expansion into the two-phase region, it is achieved that only liquid in the saturation state at medium pressure is supplied to the expansion valve. The refrigerant occurs after relaxation with practically unchanged spec. Enthalpy into the evaporator. The compression of the extracted flash gas from the medium pressure to the high pressure takes place in screw compressors via an economizer connection opening connected to the compression space. The pressure at this point is, depending on the geometric arrangement, between suction and high pressure.

Diese Möglichkeit zur Aufladung an einem Economiser-Anschluss ist auch bei Scrollverdichtern realisierbar, allerdings nicht bei Hubkolbenverdichtern. Die Steigerung der Leistungszahl durch diese Schaltung ist an unterkritisch betriebenen Kältemaschinen vielfach nachgewiesen. In DE 103 26 467 A1 ist die Ausführung beispielhaft beschrieben. This possibility for charging at an economizer connection can also be realized in scroll compressors, but not in reciprocating compressors. The increase in the coefficient of performance through this circuit has been proven many times on subcritically operated refrigeration machines. In DE 103 26 467 A1 the embodiment is described by way of example.

Ein kältemittelbeaufschlagter Unterkühler stellt die dritte bekannte Lösung zur Verbesserung der Effizienz dar. Hierbei wird dem Gaskühler bzw. dem Verflüssiger ein kältemittelbeaufschlagter Unterkühler nachgeschaltet. Dieser Unterkühler wird mit Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine betrieben. Auf der Primärseite des Unterkühlers strömt das weiter zu kühlende Kältemittel, auf der Sekundärseite strömt Kältemittel aus einem Nebenkreislauf, das auf Mitteldruck entspannt wurde. Der Teilstrom des Nebenkreislaufs verdampft im als Verdampfer konzipierten Unterkühler, entzieht dabei dem Massestrom des Hauptkreislaufs die Verdampfungswärme und kühlt das Kältemittel des Hauptkreislaufs somit auf eine niedrigere Temperatur. Die Einspritzregelung im Nebenkreislauf erfolgt mit thermostatischem oder elektronischem Expansionsventil. Regelgröße ist die Überhitzung des Kältemittels im Nebenkreislauf am Unterkühleraustritt. Die Verdichtung des aus dem Unterkühler austretenden Kältemittelteilstroms erfolgt – analog zur Flashgasverdichtung aus dem Mitteldrucksammler – über eine Economiser-Anschlussöffnung bei Schrauben- bzw. Scrollverdichtern. A refrigerant-loaded subcooler represents the third known solution for improving the efficiency. Here, the gas cooler or the condenser is followed by a refrigerated subcooler. This subcooler is operated with refrigerant from the refrigerant circuit of the refrigerator. On the primary side of the subcooler, the refrigerant to be cooled flows, on the secondary side, refrigerant flows from a secondary circuit, which has been expanded to medium pressure. The partial flow of the secondary circuit evaporates in the designed as an evaporator subcooler, it deprives the mass flow of the main circuit, the heat of evaporation and thus cools the refrigerant of the main circuit to a lower temperature. The injection control in the secondary circuit is carried out with a thermostatic or electronic expansion valve. The control variable is the overheating of the refrigerant in the secondary circuit at the subcooler outlet. The compression of the emerging from the subcooler refrigerant partial flow takes place - analogous to Flashgasverdichtung from the medium pressure collector - via an economizer port opening in screw or scroll compressors.

Aufgrund eines bei Hubkolbenverdichtern technisch nicht realisierbaren Economiser-Anschlusses ist diese dritte Lösung zur Aufladung des Verdichtungsraums, ebenso wie die zweite, bisher nicht bei einstufigen Kältemaschinen mit Hubkolbenverdichtern einsetzbar. Due to an economizer connection which is not technically feasible in reciprocating compressors, this third solution for charging the compression chamber, as well as the second one, has not previously been applicable to single-stage refrigerators with reciprocating compressors.

Da Schrauben- bzw. Scrollverdichter für einstufige Kältemaschinen mit dem Kältemittel CO2 weniger geeignet sind, wäre eine Lösung zur Effizienzverbesserung bei ungünstigen Rückkühlbedingungen, beispielsweise im Sommer, für CO2-Kältemaschinen mit Hubkolbenverdichtern wünschenswert. Since scroll compressors are less suitable for single-stage refrigerators with the refrigerant CO 2 , a solution for improving the efficiency under unfavorable recooling conditions, for example in the summer, would be desirable for CO 2 refrigerators with reciprocating compressors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technische Lösung zur Effizienzverbesserung einer mit Hubkolbenverdichtern arbeitenden, einstufigen CO2-Kältemaschine für, beispielsweise jahreszeitlich, schwankende Rückkühlbedingungen zu entwickeln. Die Effizienzverbesserung zielt auf Verbesserung der hochdruckseitigen Kühlung des CO2, wobei die CO2-Kältemaschine bei einer hohen Temperatur des am Gaskühler anliegenden Kühlmediums hochdruckseitig überkritisch arbeiten soll, während bei einer niedrigen Temperatur ein unterkritischer Betrieb verwirklicht werden soll. The invention has for its object to develop a technical solution to improve the efficiency of working with reciprocating compressors, single-stage CO 2 chiller for, for example, seasonal, fluctuating recooling conditions. The improvement in efficiency aims at improving the high-pressure side cooling of the CO 2 , wherein the CO 2 chiller at a high temperature of the cooling medium applied to the gas cooler to work supercritically high pressure side, while at a low temperature, a subcritical operation is to be realized.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer CO2-Kältemaschine mit Hubkolbenverdichter gemäß der Merkmale nach Anspruch 1; zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 aufgeführt. The solution of this task is carried out with a CO 2 chiller with reciprocating compressor according to the features of claim 1; expedient embodiments of the invention are listed in the subclaims 2 to 9.

Der Kältemittelkreislauf der erfindungsgemäßen CO2-Kältemaschine kann einen oder mehrere parallel geschaltete Hubkolbenverdichter aufweisen. Der im Folgenden verwendete Singular „Hubkolbenverdichter“ steht synonym für einen bzw. mehrere parallel geschaltete Hubkolbenverdichter. The refrigerant circuit of the CO 2 refrigerating machine according to the invention may have one or more reciprocating compressors connected in parallel. The singular "reciprocating compressor" used in the following stands synonymously for one or more parallel reciprocating compressors.

Nach Maßgabe der Erfindung weist die CO2-Kältemaschine einen dem Gaskühler bzw. dem Verflüssiger im Kältemittelkreislauf nachgeschalteten Unterkühler zur zusätzlichen Abkühlung des Kältemittels auf, der sekundärseitig ebenfalls mit Kältemittel beaufschlagt wird. Der Unterkühler ist also ein Kältemittel-Kältemittel-Wärmeübertrager. Dieser Unterkühler ist in einen auf Mitteldruck arbeitenden Kältemittel-Nebenkreislauf eingebunden, dessen Kältemittel aus dem eigentlichen Kältemittelkreislauf, im Folgenden als „Hauptkreislauf“ bezeichnet, an einem Abzweigpunkt abgezweigt sowie an einem Zurückführpunkt, der im Kältemittelstrom vor dem Gaskühler angeordnet ist, wieder zurückgeführt wird. Außerdem weist die CO2-Kältemaschine einen weiteren, zu dem mindestens einen Hubkolbenverdichter des Hauptkreislaufs parallel schaltbaren Hubkolbenverdichter, im Folgenden als Teilstrom-Hubkolbenverdichter bezeichnet, dessen Saugdruck mit einem Umschaltventil auf ein Mitteldruckniveau (das sich aus einem Zusammenspiel zwischen Verdichter und Wärmeübertrager ergibt) umschaltbar ist, auf. According to the invention, the CO 2 chiller on the gas cooler or the condenser in the refrigerant circuit downstream subcooler for additional cooling of the refrigerant, which is also acted upon by the secondary side with refrigerant. The subcooler is therefore a refrigerant-refrigerant heat exchanger. This subcooler is integrated in a working on medium pressure refrigerant secondary circuit whose refrigerant from the actual refrigerant circuit, hereinafter referred to as "main circuit", branched off at a branch point and at a return point, which is arranged in the refrigerant flow in front of the gas cooler, back again. In addition, the CO 2 chiller another, at least one reciprocating compressor of the main circuit in parallel switchable reciprocating compressor, hereinafter referred to as partial flow reciprocating compressor whose suction pressure with a switching valve to a medium pressure level (resulting from an interaction between compressor and heat exchanger) switchable is on.

Der im Folgenden verwendete Begriff „Hauptverdichter“ bezeichnet den bzw. die, d. h. mehrere parallel geschaltete, Hubkolbenverdichter des Hauptkreislaufs. The term "main compressor" used hereinafter refers to the one or more d. H. several parallel, reciprocating compressors of the main circuit.

Indem der Nebenkreislauf mit Kältemittel aus dem Hauptkreislauf der CO2-Kältemaschine gespeist wird, wobei der Unterkühler als Verdampfer des Kältemittel-Nebenkreislaufs ausgebildet ist und der Gaskühler von beiden Kreisläufen (d. h. Haupt- und Nebenkreislauf) gemeinsam genutzt wird, ist zwischen dem Gaskühler und dem Unterkühler ein Trennpunkt, d. h. Abzweig, mit einem nachgeschalteten Expansionsventil in die Kältemittelleitung eingesetzt. Von diesem Trennpunkt fließt ein Teil des aus dem Gaskühler ausströmenden Kohlendioxids in das Expansionsventil des Nebenkreislaufs und wird dort auf einen Mitteldruck entspannt. Das entspannte Kohlendioxid wird vom Expansionsventil des Nebenkreislaufs dem Unterkühler sekundärseitig zugeführt, d. h. in die Verdampferseite des Unterkühlers eingeleitet, wo es durch Verdampfen dem Kältemittel des Hauptkreislaufs, d. h. dem aus dem Gaskühler strömenden und am Trennpunkt im Hauptstrom verbleibenden Kohlendioxid, welches auf der primären Seite des Unterkühlers (d. h. Verdampfer) eingeleitet wird, Wärme entzieht. By supplying the secondary circuit with refrigerant from the main circuit of the CO 2 refrigerator, wherein the subcooler is formed as an evaporator of the refrigerant secondary circuit and the gas cooler of both circuits (ie, main and secondary circuit) is shared, is between the gas cooler and the Subcooler a separation point, ie branch, with a downstream expansion valve inserted into the refrigerant line. From this separation point, part of the carbon dioxide flowing out of the gas cooler flows into the expansion valve of the secondary circuit, where it is expanded to a medium pressure. The expanded carbon dioxide is supplied from the expansion valve of the secondary circuit to the subcooler on the secondary side, that is introduced into the evaporator side of the subcooler, where it by evaporation of the refrigerant of the main circuit, ie the gas flowing from the gas cooler and remaining at the separation point in the main stream of carbon dioxide, which on the primary side of Subcooler (ie evaporator) is introduced, heat extracts.

Der Nebenkreislauf weist einen eigenen Verdichter auf, der entsprechend der Aufgabe der Erfindung ein Hubkolbenverdichter ist, nämlich den Teilstrom-Hubkolbenverdichter. Dessen Saugdruck liegt auf einem Mitteldruckniveau, das sich entsprechend der Unterkühlerfläche und dem Förderstrom des Teilstrom-Hubkolbenverdichters einstellt. Bei Kältemaschinen mit nur einem Verdichter ist dieser Hubkolbenverdichter des Nebenkreislaufs zusätzlich vorgesehen, bei Anlagen mit einem Hauptverdichter in Form von mehreren parallel betriebenen Verdichtern kann einer dieser vorhandenen Verdichter als Teilstrom-Hubkolbenverdichter (mit-)benutzt werden. The secondary circuit has its own compressor, which is a reciprocating compressor according to the object of the invention, namely the partial flow reciprocating compressor. Its suction pressure is at a medium pressure level, which adjusts according to the subcooler surface and the flow rate of the partial flow reciprocating compressor. In refrigerating machines with only one compressor, this reciprocating compressor of the secondary circuit is additionally provided, in systems with a main compressor in the form of several parallel-operated compressors, one of these existing compressors can be used as part-flow reciprocating compressors.

Erfindungsgemäß kann die Saugseite dieses Teilstrom-Hubkolbenverdichters über das Umschaltventil entweder mit dem sekundärseitigen Kältemittelaustritt des Unterkühlers oder mit der Saugseite des Hauptverdichters verbunden werden. In letzterem Falle ist der Teilstrom-Hubkolbenverdichter zu den Verdichtern des Hauptkreislaufs parallel geschaltet, d. h., der Teilstrom-Hubkolbenverdichter wird zu einem Bestandteil des Hauptstrom-Hubkolbenverdichters. According to the invention, the suction side of this partial flow reciprocating compressor can be connected via the changeover valve either to the secondary side refrigerant outlet of the subcooler or to the suction side of the main compressor. In the latter case, the partial flow reciprocating compressor is connected in parallel with the compressors of the main circuit, that is, the partial flow reciprocating compressor becomes a part of the main flow reciprocating compressor.

In seiner Funktion als Verdichter des Nebenkreislaufs verdichtet der Teilstrom-Hubkolbenverdichter den verdampften Teilstrom wieder auf das Hochdruckniveau. Das Umschaltventil ist hierbei derart gestellt, dass der sekundärseitige Unterkühleraustritt mit der Saugseite des Teilstrom-Hubkolbenverdichters verbunden ist. Von der Hochdruckseite des Teilstrom-Hubkolbenverdichters wird das Kohlendioxid wieder in den Hauptkreislauf in die Kältemittelleitung zwischen Hauptverdichter und Gaskühler zurückgeführt. In its function as a compressor of the secondary circuit, the partial flow reciprocating compressor compresses the vaporized partial flow back to the high pressure level. The switching valve is in this case set such that the secondary-side subcooler outlet is connected to the suction side of the partial flow reciprocating compressor. From the high pressure side of the partial flow reciprocating compressor, the carbon dioxide is returned to the main circuit in the refrigerant line between the main compressor and gas cooler.

Die Überhitzung des Teilstroms am sekundärseitigen Kältemittelaustritt des Unterkühlers wird vom Expansionsventil des Nebenkreislaufs geregelt. The overheating of the partial flow at the secondary-side refrigerant outlet of the subcooler is regulated by the expansion valve of the secondary circuit.

Der auf der Primärseite im Unterkühler weiter abgekühlte Hauptstrom strömt, vorzugsweise durch ein Hochdruckregelventil, in einen Kältemittelsammler. Anschließend erfolgt die Entspannung des CO2 im Hauptstrom auf Verdampfungsdruck, vorzugsweise mit einem Expansionsventil, und das Verdampfen in einem Verdampfer. Der aus dem Verdampfer austretende Kältemitteldampf wird vom Hauptverdichter verdichtet und dem Gaskühler bzw. dem Verflüssiger zugeführt. The main stream, which is further cooled in the subcooler on the primary side, flows into a coolant collector, preferably through a high-pressure regulating valve. Subsequently, the expansion of the CO 2 in the main stream to evaporation pressure, preferably with an expansion valve, and the evaporation takes place in an evaporator. The refrigerant vapor leaving the evaporator is compressed by the main compressor and fed to the gas cooler or condenser.

Im Hauptkreislauf kann ein Expansionsventil in Kombination mit einem trockenen Verdampfer vorgesehen sein, es kann aber auch ein überfluteter Verdampfer eingesetzt sein, wobei dann Kältemittelsammler und Expansionsventil entfallen. In the main circuit, an expansion valve may be provided in combination with a dry evaporator, but it may also be a flooded evaporator used, in which case the refrigerant collector and expansion valve omitted.

Die erfindungsgemäße CO2-Kältemaschine weist ferner eine Steuerungseinheit auf. Der Teilstrom-Hubkolbenverdichter kann mit einem mit der Steuerungseinheit verbundenen Frequenzumformer ausgestattet sein, wobei die Frequenz von der Steuerungseinheit so geregelt wird, dass der Kältemittelhauptstrom am Unterkühleraustritt einen vorgegebenen Wert erreicht. In der Steuerungseinheit ist ein entsprechender Algorithmus hinterlegt, der diesen Wert für den Kältemittelhauptstrom in der Art festlegen kann, dass entweder die Kälteleistung oder der COP einen vorzugebenden Wert erreicht. The CO 2 refrigerating machine according to the invention also has a control unit. The partial flow reciprocating compressor may be equipped with a frequency converter connected to the control unit, the frequency being controlled by the control unit so that the main refrigerant flow at the subcooler outlet reaches a predetermined value. In the control unit, a corresponding algorithm is deposited, which can set this value for the main refrigerant flow in such a way that either the cooling capacity or the COP reaches a predetermined value.

Die Steuerungseinheit ist beispielsweise eine entsprechend programmierte SPS (Speicher-Programmierbare Steuerung) oder ein PC (Personal Computer) mit einer darauf laufenden Software. The control unit is for example a suitably programmed PLC (memory programmable controller) or a PC (personal computer) with a software running on it.

Für den Fall der Wärmeauskopplung aus der Kältemaschine kann der Gaskühler in Form von zwei getrennten Wärmeübertragern ausgeführt werden. In the case of heat extraction from the chiller, the gas cooler can be designed in the form of two separate heat exchangers.

Durch den Unterkühler ist bei unterkritischer Prozessführung selbst bei ungünstigen Rückkühlbedingungen, z. B. einer Kühlmediumtemperatur von mehr als 27°C, eine weitere Unterkühlung des verflüssigten CO2 ermöglicht. Due to the subcooler is in subcritical process control even with unfavorable recooling conditions, eg. B. a cooling medium temperature of more than 27 ° C, a further supercooling of the liquefied CO 2 allows.

Bei bestimmten Betriebsbedingungen (z. B. niedrige Temperatur des Kühlmediums von beispielsweise weniger als 24°C am Gaskühlereintritt und hohe Verdampfungstemperatur) kann es energetisch effektiver sein, den Teilstrom-Hubkolbenverdichter parallel zum Hauptverdichter zu betreiben. Somit wird der Kältemittelkreislauf mit deaktiviertem Unterkühler betrieben. Das Umschaltventil wird für diesen Zweck in eine Stellung gebracht, die den Verdampferaustritt (des Hauptkreislaufs) mittelbar oder unmittelbar mit dem Eintritt des Teilstrom-Hubkolbenverdichters verbindet. Ein ggf. im Hauptstrom hinter dem Gaskühler angeordnetes Hochdruckregelventil ist in diesem Fall voll geöffnet. Der Teilstrom-Hubkolbenverdichter arbeitet somit parallel zum Hauptverdichter. Der Hauptstrom passiert in diesem Fall den Unterkühler ohne weitere Abkühlung; der Nebenkreislauf ist aufgrund des für den Teilstrom geschlossenen Zustandes des Umschaltventils unterbunden. Der Prozessverlauf entspricht dem eines einfachen einstufigen Kältemaschinenprozesses. Under certain operating conditions (eg, low temperature of the cooling medium, for example, less than 24 ° C at the gas cooler inlet and high evaporation temperature), it may be energetically more effective to operate the partial flow reciprocating compressor in parallel to the main compressor. Thus, the refrigerant circuit is operated with deactivated subcooler. The change-over valve is for this purpose placed in a position which connects the evaporator outlet (the main circuit) directly or indirectly with the inlet of the partial flow reciprocating compressor. An optionally arranged in the main flow behind the gas cooler high pressure control valve is fully open in this case. The partial flow reciprocating compressor thus operates parallel to the main compressor. The main stream passes in this case, the subcooler without further cooling; the secondary circuit is prevented due to the closed state of the switching valve for the partial flow. The course of the process corresponds to that of a simple one-stage chiller process.

Die Steuerungseinheit kann einen zusätzlichen Algorithmus enthalten, welcher einen maximalen COP-Wert mittels Ein- bzw. Ausschalten des Unterkühlers durch Schalten des Umschaltventils erreicht. Je nach vorliegenden Betriebsbedingungen kann die Steuerungseinheit somit das Umschaltventil in die für den maximalen COP geeignete Stellung schalten. The control unit may include an additional algorithm that achieves a maximum COP value by turning on or off the subcooler by switching the changeover valve. Depending on the present operating conditions, the control unit can thus switch the changeover valve into the position suitable for the maximum COP.

Da aufgrund des stark nichtlinearen Verlaufs der spezifischen Wärme von CO2 in Abhängigkeit von der Temperatur (und des Druckes) – speziell bei den in CO2-Kältemaschinen üblicherweise verwendeten Drücken bis maximal 115 bar – sind vergleichsweise große Wärmemengen notwendig, um das Kältemittel von z. B. 23 °C (bei 115 bar) um einige Kelvin weiter zu kühlen. In diesem Falle wäre der Betrieb des Unterkühlers ineffizient, bzw. es ist effektiver, den Teilstrom-Hubkolbenverdichter parallel zum Hauptverdichter zu betreiben. Since due to the highly nonlinear course of the specific heat of CO 2 as a function of the temperature (and the pressure) - especially at the pressures commonly used in CO 2 refrigeration machines up to 115 bar - comparatively large amounts of heat are necessary to reduce the refrigerant of z , B. 23 ° C (at 115 bar) to cool a few Kelvin on. In this case, the operation of the subcooler would be inefficient, or it is more effective to operate the partial flow reciprocating compressor in parallel with the main compressor.

So kann es z. B. vorgesehen sein, die Temperatur des Kühlmediums am Gaskühler- bzw. Verflüssigereintritt, die Temperaturen des Kältemittels am primärseitigen Ein- und Austritt des Unterkühlers und den saugseitigen Druck des CO2 am Hauptverdichter jeweils mit entsprechenden Sensoren zu messen. Aus dem am Hauptverdichter saugseitig gemessenen Kältemitteldruck wird mittels bekannter Gleichungen die dazugehörige Verdampfungstemperatur bestimmt. So it may be z. B. be provided, the temperature of the cooling medium at the gas cooler or condenser inlet, the temperatures of the refrigerant on the primary side inlet and outlet of the subcooler and measure the suction pressure of the CO 2 at the main compressor with appropriate sensors. From the refrigerant pressure measured on the suction side of the main compressor, the associated evaporation temperature is determined by means of known equations.

Steigt z. B. die Temperatur des Kühlmediums am Gaskühlereintritt bzw. die Temperatur des CO2 am primärseitigen Unterkühlereintritt oberhalb einen vorgegebenen Temperatur-Schaltwert oder sinkt die Differenz der am primärseitigen Unterkühlereintritt und -austritt gemessenen Temperaturen des CO2 unter einen vorgegebenen Temperaturdifferenz-Schaltwert und die Verdampfungstemperatur im Hauptkreis liegt oberhalb eines vorgegebenen Verdampfungstemperatur-Schaltwerts, so wird der Unterkühler von der Steuerungseinheit abgeschaltet, d. h., der Teilstrom-Hubkolbenverdichter wird durch entsprechendes Schalten des Umschaltventils parallel zum Hauptverdichter betrieben. Das Umschaltventil befindet sich somit in derjenigen Stellung, die den Verdampferaustritt mittel- oder unmittelbar mit dem Eintritt des Teilstrom-Hubkolbenverdichters verbindet. Climb z. B. the temperature of the cooling medium at the gas cooler inlet or the temperature of the CO 2 at the primary side subcooler inlet above a predetermined temperature switching value or decreases the difference between the measured at the primary side subcooler inlet and outlet temperatures of CO 2 below a predetermined temperature difference switching value and the evaporation temperature in Main circuit is above a predetermined evaporation temperature switching value, the subcooler is switched off by the control unit, ie, the partial flow reciprocating compressor is operated by switching the switching valve in parallel to the main compressor. The switching valve is thus in the position which connects the evaporator outlet directly or indirectly with the inlet of the partial flow reciprocating compressor.

In analoger Weise schaltet die Steuerungseinheit das Umschaltventil in diejenige Stellung, die den Eintritt des Teilstrom-Hubkolbenverdichters vom Verdampferaustritt trennt und mit dem sekundärseitigen Kältemittelaustritt des Unterkühlers verbindet (d. h., durch Aktivieren des Teilstroms wird der Unterkühler in Betrieb genommen), wenn z. B. die Temperatur des Kühlmediums am Gaskühlereintritt unterhalb eines vorgegebenen Kühlmediumtemperatur-Schaltwertes liegt und die Verdampfungstemperatur (im Hauptkreis) unter einen vorgegebenen Verdampfungstemperatur-Schaltwert sinkt. In an analogous manner, the control unit switches the switching valve to that position which separates the inlet of the partial flow reciprocating compressor from the evaporator outlet and connects it to the secondary refrigerant outlet of the subcooler (i.e., by activating the partial flow, the subcooler is put into operation). B. the temperature of the cooling medium at the gas cooler inlet is below a predetermined cooling medium temperature switching value and the evaporation temperature (in the main circuit) drops below a predetermined evaporation temperature switching value.

Mittels einer Hysterese der jeweiligen Schaltwerte kann ein zu häufiges Umsteuern der Kältemaschine verhindert werden, d. h., es sind jeweils zwei Schaltwerte für die Kühlmediumtemperatur und die Verdampfungstemperatur definiert, wobei das erste Schaltwertpaar für die Aktivierung des Unterkühlers und das zweite Schaltwertpaar für das Abschalten des Unterkühlers herangezogen wird. By means of a hysteresis of the respective switching values too frequent a reversal of the chiller can be prevented, d. h., Two switching values for the cooling medium temperature and the evaporation temperature are respectively defined, wherein the first pair of switching values for the activation of the subcooler and the second pair of switching values for switching off the subcooler is used.

Ein Vorteil der Erfindung ist die Lösung der Aufgabe durch einen geringen technischen Aufwand. An advantage of the invention is the solution of the problem by a low technical effort.

Die Erfindung kann weiter vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass die CO2-Kältemaschine einen zusätzlichen inneren Wärmeübertrager (IHE – Inner Heat Exchanger) aufweist. Der IHE ist derart angeordnet, dass das aus dem Gaskühler austretende Kältemittel, bevor es in den Unterkühler eintritt, durch das aus dem Verdampfer austretende und von dem Hauptverdichter angesaugte Kältemittel gekühlt wird. Der IHE ist somit im Kältemittelfluss zwischen Gaskühler und Unterkühler in der Kältemittelleitung des Hauptkreislaufs angeordnet. The invention may also be advantageously designed such that the CO 2 chiller has an additional internal heat exchanger (IHE - Inner Heat Exchanger). The IHE is arranged such that the refrigerant exiting the gas cooler before it enters the subcooler is cooled by the refrigerant exiting the evaporator and drawn by the main compressor. The IHE is thus arranged in the refrigerant flow between the gas cooler and subcooler in the refrigerant line of the main circuit.

Bei Betriebsbedingungen wie z. B. einer stetig hohen Differenz der Temperaturen des Kühlmediums am Gaskühlereintritt und -austritt und einer niedrigen Verdampfungstemperatur im Hauptkreis kann es energetisch effektiv sein, einen solchen zusätzlichen inneren Wärmeübertrager einzusetzen. In operating conditions such. As a constantly high difference in the temperatures of the cooling medium at the gas cooler inlet and outlet and a low evaporation temperature in the main circuit, it may be energetically effective to use such an additional internal heat exchanger.

Der Aufbau der hierin beschriebenen CO2-Kältemaschine ist nicht auf eine Kältemaschine beschränkt, sondern kann gleichermaßen bei Drucklufttrocknern, Kondensat-Trocknern und Wärmepumpen mit Hubkolbenverdichtern vorteilhaft angewendet werden. The structure of the CO 2 refrigerating machine described herein is not limited to a refrigerating machine, but can be equally advantageously applied to compressed air dryers, condensate dryers and heat pumps with reciprocating compressors.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dazu zeigen in schematischer Darstellung die The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments. These show in a schematic representation of the

1: einen Kältemittelkreislauf einer CO2-Kältemaschine mit erfindungsgemäßem Teilstrom-Hubkolbenverdichter und Umschaltventil, 1 : a refrigerant circuit of a CO 2 refrigeration machine with inventive partial flow reciprocating compressor and changeover valve,

2: eine Ausführungsvariante der CO2-Kältemaschine mit innerem Wärmetauscher. 2 : A variant of the CO 2 chiller with internal heat exchanger.

1 zeigt den Kältemittelkreislauf der CO2-Kältemaschine. Der Kältemittel-Hauptkreislauf weist den Verdichter 1, den Verdampfer 11, in dem ein zu kühlendes Medium mittels des verdampfenden Kältemittels abgekühlt wird, den Gaskühler 3, in dem das verdichtete Kältemittel mittels Wasser gekühlt wird, und den Kältemittelsammler 9 auf. Die CO2-Kältemaschine kann sowohl unter- als auch überkritisch betrieben werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird sie unterkritisch betrieben, sodass der Gaskühler 3 als Verflüssiger arbeitet. Vor dem Eintritt des Kältemittelsammlers 9 ist das Hochdruckregelventil 8, das im unterkritischen Betrieb voll geöffnet ist, und hinter dem Austritt ist das Expansionsventil 10 installiert. 1 shows the refrigerant circuit of the CO 2 chiller. The refrigerant main circuit shows the compressor 1 , the evaporator 11 in which a medium to be cooled is cooled by means of the evaporating refrigerant, the gas cooler 3 in which the compressed refrigerant is cooled by means of water, and the refrigerant collector 9 on. The CO 2 chiller can be operated both under- and supercritical. In this embodiment, it is operated under critical, so that the gas cooler 3 works as a liquefier. Before entering the refrigerant collector 9 is the high pressure control valve 8th , which is fully open in subcritical operation, and behind the outlet is the expansion valve 10 Installed.

Bei überkritischem Betrieb der CO2-Kältemaschine würde mit dem Hochdruckregelventil 8 die Kältemittelfüllung auf der Hochdruckseite des Kreislaufs so geregelt, dass sich der optimale Hochdruck in der Kältemaschine einstellt. Da in diesem Beispiel jedoch die Kältemaschine unterkritisch betrieben wird, ist das Hochdruckregelventil 8 ohne Bedeutung bzw. immer voll geöffnet. In supercritical operation of the CO 2 chiller would with the high pressure control valve 8th the refrigerant charge on the high pressure side of the circuit is controlled so that the optimum high pressure in the chiller is established. However, in this example, since the chiller is operated subcritically, the high pressure control valve is 8th without meaning or always fully open.

Bei Verdampfungsdruck verdampftes Kältemittel wird mittels des Verdichters 1 vom Verdampfer 11 in den Verflüssiger 3 gefördert, wobei Kältemitteldruck und -temperatur erhöht werden. Durch Wärmeabgabe an das sekundärseitig durch den Verflüssiger 3 geleitete Wasser wird das Kältemittel im Verflüssiger 3 verflüssigt. At evaporation pressure evaporated refrigerant is by means of the compressor 1 from the evaporator 11 into the liquefier 3 promoted, wherein refrigerant pressure and temperature are increased. By heat to the secondary side through the condenser 3 Guided water becomes the refrigerant in the condenser 3 liquefied.

Außerdem umfasst der Kältemittelkreislauf der Kältemaschine den Kältemittel-Unterkühler 6, der durch einen Kältemittel-Nebenkreislauf die Kälteleistung zur weiteren Abkühlung des Kältemittels bereitstellt. Das aus dem Verflüssiger 3 austretende Kältemittel wird im Trennpunkt 4 in einen Haupt- und einen Teilstrom gesplittet. In addition, the refrigerant circuit of the refrigerator includes the refrigerant subcooler 6 which provides by a refrigerant secondary circuit, the cooling capacity for further cooling of the refrigerant. That from the condenser 3 escaping refrigerant is at the point of separation 4 split into a main and a partial flow.

Der Teilstrom wird über das Expansionsventil 5 auf einen Mitteldruck entspannt und dem Unterkühler 6 sekundärseitig zugeführt. Die Überhitzung des Teilstroms am Austritt des Unterkühlers wird vom Expansionsventil 5 geregelt. Der Teilstrom-Hubkolbenverdichter 2 verdichtet den im Unterkühler 6 verdampften Teilstrom wieder auf das Hochdruckniveau. Das Umschaltventil 7 ist so gestellt, dass der sekundärseitige Kältemittelaustritt des Unterkühlers 6 mit dem Teilstrom-Hubkolbenverdichter 2 verbunden ist. Der Verflüssiger 3 des Hauptkreislaufs wird ebenso als Gaskühler bzw. Verflüssiger des Kältemittel-Nebenkreislaufs genutzt. The partial flow is via the expansion valve 5 relaxed to a medium pressure and the subcooler 6 supplied on the secondary side. The overheating of the partial flow at the outlet of the subcooler is from the expansion valve 5 regulated. The partial flow reciprocating compressor 2 compacts in the subcooler 6 vaporized partial flow back to the high pressure level. The changeover valve 7 is set so that the secondary-side refrigerant outlet of the subcooler 6 with the partial flow reciprocating compressor 2 connected is. The condenser 3 the main circuit is also used as a gas cooler or condenser of the refrigerant secondary circuit.

Der Nebenkreislauf ist somit ein nahezu eigenständiger Kältemittelkreislauf, der im Hauptkreislauf zur Kühlung des aus dem Verflüssiger 3 strömenden Kältemittels dient. The secondary circuit is thus an almost independent refrigerant circuit, which is in the main circuit for cooling the out of the condenser 3 flowing refrigerant serves.

Der saugseitige Kältemitteldruck wird mit einem Druckmesssensor 13 am Kältemitteleintritt des Verdichters 1 gemessen. Die Messung einer Kühlwassertemperatur erfolgt am Kühlwassereintritt des Verflüssigers 3 mit einem Temperatursensor 14. Des Weiteren werden die CO2-Temperaturen am primärseitigen Kältemitteleintritt und -austritt am Unterkühler 6 mit den Temperatursensoren 16 und 17 gemessen Die Steuerungseinheit 15 ist mit dem Druckmesssensor 13 und den Temperatursensoren 14, 16 und 17 verbunden, sodass sie die jeweiligen Messwerte auslesen kann. In der Steuerungseinheit 15 ist ein Regelalgorithmus hinterlegt, der in Abhängigkeit der gemessenen Werte für Druck und Temperatur das Umschaltventil 7 in der Art umschaltet, dass der COP ein Maximum erreicht. The suction-side refrigerant pressure is measured with a pressure measuring sensor 13 at the refrigerant inlet of the compressor 1 measured. The measurement of a cooling water temperature takes place at the cooling water inlet of the condenser 3 with a temperature sensor 14 , Furthermore, the CO 2 temperatures on the primary side refrigerant inlet and outlet on the subcooler 6 with the temperature sensors 16 and 17 measured The control unit 15 is with the pressure measuring sensor 13 and the temperature sensors 14 . 16 and 17 connected so that they can read the respective measured values. In the control unit 15 is a control algorithm deposited, depending on the measured values for pressure and temperature, the switching valve 7 switched in such a way that the COP reaches a maximum.

2 zeigt eine Ausgestaltungsvariante der CO2-Kältemaschine mit dem zusätzlichen inneren Wärmeübertrager 12. Dadurch wird der aus dem Verflüssiger 3 austretende Kältemittelstrom durch das Sauggas gekühlt, bevor es in den Unterkühler 6 eintritt. 2 shows an embodiment variant of the CO 2 chiller with the additional internal heat exchanger 12 , This will remove the liquefier 3 Exiting refrigerant flow is cooled by the suction gas before it enters the subcooler 6 entry.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Verdichter compressor
22
Teilstrom-Hubkolbenverdichter Partial flow reciprocating compressors
33
Gaskühler/Verflüssiger Gas cooler / condenser
44
Trennpunkt split point
55
Expansionsventil expansion valve
66
Unterkühler subcooler
77
Umschaltventil switching valve
88th
Hochdruckregelventil High-pressure control valve
99
Kältemittelsammler Refrigerant collector
1010
Expansionsventil expansion valve
1111
Verdampfer Evaporator
1212
innerer Wärmeübertrager internal heat exchanger
1313
Druckmesssensor Pressure measuring sensor
1414
Temperatursensor temperature sensor
1515
Steuerungseinheit control unit
1616
Temperatursensor temperature sensor
1717
Temperatursensor temperature sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10326467 A1 [0009] DE 10326467 A1 [0009]

Claims (9)

CO2-Kältemaschine mit CO2 als Kältemittel und einer Steuerungseinheit (15), dadurch gekennzeichnet dass: a) die CO2-Kältemaschine einen in einem Kältemittelhauptkreislauf, aufweisend einen Verdampfer (11), einen Hubkolben-Verdichter (1) und einen Gaskühler oder Verflüssiger (3), strömenden Hauptstrom des Kältemittels umfasst; b) die CO2-Kältemaschine einen mit einem Teilstrom des Kältemittels der CO2-Kältemaschine betreibbaren Kältemittel-Nebenkreislauf, aufweisend ein Expansionsventil (5), einen als Verdampfer fungierenden und mit seiner Primärseite in den Kältemittelhauptkreislauf in Kältemittelflussrichtung hinter dem Gaskühler oder Verflüssiger (3) eingebundenen Unterkühler (6) und einen Teilstrom-Hubkolbenverdichter (2), umfasst; c) die CO2-Kältemaschine in Flussrichtung des Kältemittels vor dem Teilstrom-Hubkolbenverdichter (2) ein Umschaltventil (7) aufweist, wobei das Umschaltventil (7) die Saugseite des Teilstrom-Hubkolbenverdichter (2) in einem ersten Schaltzustand mit dem sekundärseitigen Kältemittelaustritt des Unterkühlers (6) und in einem zweiten Schaltzustand mit der Saugseite des Hubkolben-Verdichters (1) des Kältemittelhauptkreislaufs verbindet; und d) die Steuerungseinheit (15) derart ausgebildet ist, dass durch ein Schalten des Umschaltventils (7) in den ersten Schaltzustand ein Kältemittelstrom aus dem Kältemittelhauptkreislauf in den Kältemittel-Nebenkreislauf und in die Sekundärseite des Unterkühlers (6) einleitbar ist und durch ein Schalten in den zweiten Schaltzustand der Teilstrom-Hubkolbenverdichter (2) parallel zum Hubkolben-Verdichter (1) des Kältemittelhauptkreislaufs betreibbar ist. CO 2 chiller with CO 2 as refrigerant and a control unit ( 15 ), characterized in that: a) the CO 2 refrigeration machine has a refrigeration main circuit, comprising an evaporator ( 11 ), a reciprocating compressor ( 1 ) and a gas cooler or condenser ( 3 ), flowing main flow of the refrigerant comprises; b) the CO 2 refrigerating machine a refrigerant secondary circuit operable with a partial flow of the refrigerant of the CO 2 refrigerating machine, comprising an expansion valve ( 5 ), acting as an evaporator and with its primary side in the refrigerant main circuit in the refrigerant flow direction behind the gas cooler or condenser ( 3 ) integrated subcooler ( 6 ) and a partial flow reciprocating compressor ( 2 ); c) the CO 2 chiller in the flow direction of the refrigerant upstream of the partial flow reciprocating compressor ( 2 ) a switching valve ( 7 ), wherein the switching valve ( 7 ) the suction side of the partial flow reciprocating compressor ( 2 ) in a first switching state with the secondary-side refrigerant outlet of the subcooler ( 6 ) and in a second switching state with the suction side of the reciprocating compressor ( 1 ) of the refrigerant main circuit connects; and d) the control unit ( 15 ) is designed such that by switching the switching valve ( 7 ) in the first switching state, a refrigerant flow from the refrigerant main circuit in the refrigerant secondary circuit and in the secondary side of the subcooler ( 6 ) can be introduced and by switching to the second switching state of the partial flow reciprocating compressor ( 2 ) parallel to the reciprocating compressor ( 1 ) of the refrigerant main circuit is operable. CO2-Kältemaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (15) eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist. CO 2 refrigerating machine according to claim 1, characterized in that the control unit ( 15 ) is a programmable logic controller (PLC). CO2-Kältemaschine nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom-Hubkolbenverdichter (2) mit einem Frequenzumformer ausgestattet ist, wobei die Steuerungseinheit (15) ausgebildet ist, die Frequenz in der Art zu regeln, dass der Kältemittelstrom des Kältemittelhauptkreislaufs am primärseitigen Austritt des Unterkühlers (6) einen vorgegebenen Wert aufweist. CO 2 chiller according to one of the claims 1 or 2, characterized in that the partial flow reciprocating compressor ( 2 ) is equipped with a frequency converter, the control unit ( 15 ) is arranged to regulate the frequency in such a way that the refrigerant flow of the refrigerant main circuit at the primary-side outlet of the subcooler ( 6 ) has a predetermined value. CO2-Kältemaschine nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen inneren Wärmeübertrager (12) umfasst, dessen Primärseite in den Kältemittelstrom des Kältemittelhauptkreislaufs zwischen Gaskühler oder Verflüssiger (3) und Unterkühler (6) und dessen Sekundärseite in den Kältemittelstrom des Kältemittelhauptkreislaufs zwischen Verdampfer (11) und Hubkolben-Verdichter (1) eingebunden ist. CO 2 chiller according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an internal heat exchanger ( 12 ) whose primary side into the refrigerant flow of the refrigerant main circuit between the gas cooler or condenser ( 3 ) and subcooler ( 6 ) and its secondary side into the refrigerant flow of the refrigerant main circuit between evaporator ( 11 ) and reciprocating compressors ( 1 ) is involved. CO2-Kältemaschine nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit der Steuerungseinheit (15) verbundenen Drucksensor (13) zur Erfassung eines Kältemitteldruckes an der Saugseite des Hubkolben-Verdichters (1), jeweils einen mit der Steuerungseinheit (15) verbundenen Temperatursensor (16, 17) zur Erfassung einer Kältemitteltemperatur am primärseitigen Kältemitteleintritt und Kältemittelaustritt des Unterkühlers (6) und einen mit der Steuerungseinheit (15) verbundenen Temperatursensor (14) zur Erfassung einer Kühlmediumtemperatur am Kühlmediumeintritt des Gaskühlers bzw. Verflüssigers (3) aufweist, wobei die Steuerungseinheit (15) derart ausgebildet ist, dass mit selbiger aus dem Kältemitteldruck eine Verdampfungstemperatur bestimmbar und das Umschaltventil (7) bei Erreichen, Unter- oder Überschreiten jeweils für die Kühlmediumtemperatur, eine aus den Kältemitteltemperaturen am primärseitigen Kältemitteleintritt und Kältemittelaustritt des Unterkühlers (6) bestimmte Kältemittel-Temperaturdifferenz und die Verdampfungstemperatur vorgegebener Sollwerte umschaltbar ist. CO 2 refrigerating machine according to one of the preceding claims, characterized in that it is equipped with a control unit ( 15 ) connected pressure sensor ( 13 ) for detecting a refrigerant pressure at the suction side of the reciprocating compressor ( 1 ), one each with the control unit ( 15 ) connected temperature sensor ( 16 . 17 ) for detecting a refrigerant temperature at the primary-side refrigerant inlet and refrigerant outlet of the sub-cooler ( 6 ) and one with the control unit ( 15 ) connected temperature sensor ( 14 ) for detecting a coolant temperature at the cooling medium inlet of the gas cooler or condenser ( 3 ), wherein the control unit ( 15 ) is designed such that with selbiger from the refrigerant pressure an evaporating temperature determined and the switching valve ( 7 ) on reaching, under or exceeding in each case for the cooling medium temperature, one of the refrigerant temperatures on the primary-side refrigerant inlet and refrigerant outlet of the sub-cooler ( 6 ) certain refrigerant temperature difference and the evaporation temperature of predetermined setpoints can be switched. CO2-Kältemaschine nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte von Kühlmediumtemperatur, Kältemittel-Temperaturdifferenz und Verdampfungstemperatur für ein Schalten des Umschaltventils (7) in den ersten Schaltzustand unterschiedlich sind zu den Sollwerten von Kühlmediumtemperatur, Kältemittel-Temperaturdifferenz und Verdampfungstemperatur für ein Schalten des Umschaltventils (7) in den zweiten Schaltzustand. CO 2 chiller according to claim 5, characterized in that the setpoint values of cooling medium temperature, refrigerant temperature difference and evaporation temperature for switching the switching valve ( 7 ) are different in the first switching state to the setpoint values of cooling medium temperature, refrigerant temperature difference and evaporation temperature for switching the switching valve ( 7 ) in the second switching state. CO2-Kältemaschine nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (11) ein überfluteter Verdampfer ist. CO 2 refrigerating machine according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporator ( 11 ) is a flooded evaporator. CO2-Kältemaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (11) ein trockener Verdampfer ist. CO 2 chiller according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the evaporator ( 11 ) is a dry evaporator. CO2-Kältemaschine nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskühler (3) in Form von zwei getrennten Wärmeübertragern ausgeführt ist. CO 2 refrigerator according to one of the preceding claims, characterized in that the gas cooler ( 3 ) is designed in the form of two separate heat exchangers.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

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DE10326467A1 (en) 2003-06-12 2004-12-30 Grasso Gmbh Refrigeration Technology Refrigeration screw compressor with main rotor, auxiliary rotor and economizer connection, has additional openings between main inlet and outlet, at intermediate pressure

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