DE102021125108A1

DE102021125108A1 - Expansion-compression machine for refrigeration circuits

Info

Publication number: DE102021125108A1
Application number: DE102021125108.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Doerffel; Ullrich Hesse
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-03-30

Abstract

Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein Kühlungssystem (100) aufweisen: einen Basis-Kühlkreislauf (102), und einen Unterkühlungskreislauf (120, 200), welcher eingerichtet ist, Kältemittel zu unterkühlen und das unterkühlte Kältemittel dem Basis-Kühlkreislauf (102) bereitzustellen, wobei der Unterkühlungskreislauf (120, 200) eine Expansions-Kompressionsmaschine (122, 202) aufweist, welche einen Kompressionsabschnitt (204, 302) und einen Expansionsabschnitt (206, 304) aufweist, wobei die Expansions-Kompressionsmaschine (122, 202) eingerichtet ist, eine Übertragung von Leistung vom Expansionsabschnitt (206, 304) zum Kompressionsabschnitt (204, 302) mittels ein oder mehreren Lager (212) zu ermöglichen, wobei die Expansions-Kompressionsmaschine (122, 202) eine Leitung (214) aufweist, welche mit mindestens einem Lager der ein oder mehreren Lagern (212) gekoppelt und eingerichtet ist, mindestens einen Teil eines in die ein oder mehreren Lager (212) umlaufenden Lagermediums in den Unterkühlungskreislauf zuzuführen (120, 200).According to various aspects, a cooling system (100) can have: a base cooling circuit (102), and a sub-cooling circuit (120, 200), which is set up to sub-cool refrigerant and to provide the sub-cooled refrigerant to the base cooling circuit (102), wherein the Subcooling circuit (120, 200) comprises an expansion-compression machine (122, 202) having a compression section (204, 302) and an expansion section (206, 304), wherein the expansion-compression machine (122, 202) is arranged to transmit to enable power from the expansion section (206, 304) to the compression section (204, 302) by means of one or more bearings (212), the expansion-compression machine (122, 202) having a line (214) which is connected to at least one bearing of is coupled to one or more bearings (212) and is set up to supply (120, 200) at least part of a storage medium circulating in the one or more bearings (212) to the supercooling circuit.

Description

Verschiedene Aspekte betreffen eine Expansions-Kompressionsmaschine und verschiedene Aspekte betreffen ein Kühlungssystem aufweisend eine Expansions-Kompressionsmaschine.Various aspects relate to an expansion-compression machine and various aspects relate to a refrigeration system including an expansion-compression machine.

Der Einsatz eines Expanders in einem Kühlkreislauf kann es ermöglichen, Energie aus dem Hochdruck-Kältemittel zurückzugewinnen und einem Kompressor zur Verfügung zu stellen, um den Gesamtenergiebedarf des Kreislaufs zu reduzieren. Ein Expander für arbeitsleistende Expansion kann ermöglichen, Arbeit aus dem Hochdruck-Kältemittel zu entnehmen, um die Effizienz einer Kälteanlage zu erhöhen, beispielsweise einer CO₂-Kälteanlage (Kohlendioxid-Kälteanlage). Ein Expander zur Arbeitsrückgewinnung kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Als Beispiel, das für Forschungszwecke von besonderem Interesse ist, kann ein Expander als Kolbenmaschine ausgeführt sein, z.B. in Form einer Expansions-Kompressionsmaschine. Als weitere Beispiele kann ein Expander als Rollkolbenmaschine, Scrollmaschine oder Turbomaschine mit elektrischer Energieauskopplung ausgeführt sein. Beispielsweise kann ein Expander als eine Einbindung einer Kolbenmaschine in Freikolbenbauweise ausgeführt sein. Diese Ausführung erweist sich im Hinblick auf Pulsationen und Oszillationen als nachteilig, beispielsweise für mobile Anwendungen.The use of an expander in a refrigeration cycle can allow energy to be recovered from the high-pressure refrigerant and made available to a compressor to reduce the overall energy demand of the cycle. A work expansion expander may allow work to be extracted from the high pressure refrigerant to increase the efficiency of a chiller, such as a CO ₂ (carbon dioxide) chiller. A work recovery expander can be implemented in different ways. As an example, which is of particular interest for research purposes, an expander can be designed as a piston machine, eg in the form of an expansion-compression machine. As further examples, an expander can be designed as a rotary piston machine, a scroll machine or a turbomachine with electrical energy decoupling. For example, an expander can be designed as an integration of a piston engine with a free-piston design. This design proves to be disadvantageous with regard to pulsations and oscillations, for example for mobile applications.

Verschiedene Aspekte beruhen auf der Erkenntnis, dass zusätzlich zur Arbeitsrückgewinnung durch einen Expander eine Rückgewinnung eines im Expander (z.B. in einer Expansionskompressionsmaschine) verwendeten Lagermediums einen effizienteren Betrieb eines Kühlkreislaufs ermöglichen kann. Die Rückgewinnung des Lagermediums (z.B. die Rückgewinnung von mindestens einem Teil des Lagermediums) kann, als ein Beispiel, eine größere Leistungszahl (auf Englisch „Coefficient of Performance“, COP) liefern und/oder zu einem Unterkühlungsprozess zur Unterkühlung eines Kältemittels beitragen. Als weiteres Beispiel kann die Rückgewinnung des Lagermediums zur Schmierung ein oder mehrerer (anderer) Komponenten des Kühlkreislaufs beitragen. Anschaulich können verschiedene Aspekte auf der Erkenntnis beruhen, dass eine Rückgewinnung von zumindest einem Teil des Lagermediums und dessen Rückführung in einen Kühlkreislauf einen effizienteren Betrieb ermöglichen kann.Various aspects are based on the recognition that, in addition to recovering work by an expander, recovering a storage medium used in the expander (e.g. in an expansion-compression machine) can enable a refrigeration cycle to operate more efficiently. The recovery of the storage medium (e.g. the recovery of at least a portion of the storage medium) may, as an example, provide a greater coefficient of performance (COP) and/or contribute to a subcooling process for subcooling a refrigerant. As another example, the recovery of the bearing medium can contribute to the lubrication of one or more (other) components of the cooling circuit. Clearly, various aspects can be based on the knowledge that recovering at least part of the storage medium and returning it to a cooling circuit can enable more efficient operation.

Verschiedene Aspekte können sich auf einen angepassten Expander und/oder auf eine angepasste Expansions-Kompressionsmaschine beziehen, welche(r) derart eingerichtet ist, dass er/sie eine Rückgewinnung von zumindest einem Teil eines in dem Expander/in der Expansions-Kompressionsmaschine verwendeten Lagermediums ermöglicht. Der Expander und/oder die Expansionskompressionsmaschine kann/können derart eingerichtet sein, dass zumindest ein Teil des Lagermediums an einem (zusätzlichen) Auslass des Expanders/der Expansions-Kompressionsmaschine bereitgestellt werden kann. In einigen Aspekten kann/können der Expander und/oder die Expansions-Kompressionsmaschine eine (zusätzliche) Leitung aufweisen, welche derart eingerichtet ist, dass zumindest ein Teil des Lagermediums an die Außenseite des Expanders/der Expansions-Kompressionsmaschine ausgegeben wird. Im Folgenden werden verschiedene Aspekte in Bezug auf eine angepasste Expansions-Kompressionsmaschine beschrieben, und verschiedene Aspekte werden in Bezug auf einen angepassten Expander beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die in Bezug auf die Expansions-Kompressionsmaschine beschriebenen Aspekte in gleicher Weise für den angepassten Expander gelten können und umgekehrt.Various aspects may relate to a customized expander and/or expansion-compression machine configured to enable recovery of at least a portion of a storage medium used in the expander/expansion-compression machine . The expander and/or the expansion-compression machine can be set up in such a way that at least part of the storage medium can be provided at an (additional) outlet of the expander/expansion-compression machine. In some aspects, the expander and/or expansion-compression machine may include an (additional) conduit configured to discharge at least a portion of the storage medium to the outside of the expander/expansion-compression machine. In the following, various aspects are described in relation to a custom expansion-compression machine and various aspects are described in relation to a custom expander. However, it should be understood that the aspects described in relation to the expansion-compression machine may apply equally to the matched expander and vice versa.

Verschiedene Aspekte betreffen eine Expansions-Kompressionsmaschine, welche angepasst ist, um eine Rückgewinnung eines Lagermediums zu ermöglichen, welches in einem oder mehreren Lagern verwendet wird, wobei die Lager einen Expansionsabschnitt mit einem Kompressionsabschnitt der Expansions-Kompressionsmaschine verbinden (mit anderen Worten, koppeln). Die angepasste Expansions-Kompressionsmaschine kann eine Rückführung des Lagermediums ermöglichen, z.B. in einem Kühlkreislauf (hierin auch als Kühlungskreislauf bezeichnet) und/oder in einem Unterkühlungskreislauf, wodurch die Gesamteffizienz eines Kühlungssystems erhöht wird. Die Expansions-Kompressionsmaschine kann hierin auch als Expansion-Kompression-Vorrichtung oder Expansion-Kompression-Einheit (auf Englisch „Expansion-Compression-Unit“, ECU) bezeichnet werden. Ein Kühlungssystem kann hierin auch als Kältesystem, Kühlsystem, Kälteanlage oder Kühlungsanlage bezeichnet werden.Various aspects relate to an expansion-compression machine that is adapted to enable recovery of a bearing medium used in one or more bearings, the bearings connecting (in other words, coupling) an expansion section to a compression section of the expansion-compression machine. The adapted expansion-compression machine may allow for recirculation of the storage medium, e.g., in a refrigeration circuit (also referred to herein as a refrigeration circuit) and/or in a subcooling circuit, thereby increasing the overall efficiency of a refrigeration system. The expansion-compression machine may also be referred to herein as an expansion-compression device or expansion-compression unit (ECU). A refrigeration system may also be referred to herein as a refrigeration system, refrigeration system, refrigeration system, or refrigeration system.

Verschiedene Aspekte betreffen ein Kühlungssystem aufweisend die angepasste Expansions-Kompressionsmaschine. Die angepasste Expansions-Kompressionsmaschine ermöglicht die Verwendung des zurückgewonnenen Lagermediums für andere Zwecke in dem Kühlungssystem, z.B. als (zusätzliches) Kältemittel oder zur Schmierung einer anderen Komponente des Kühlungssystems. Die hierin beschriebene Expansions-Kompressionsmaschine weist somit konstruktive Merkmale auf, welche vorteilhafte Wirkungen erzielen, um die Fähigkeiten des Kühlungssystems zu verbessern (z.B. kann eine Leistungszahl erhöht werden).Various aspects relate to a refrigeration system including the custom expansion-compression machine. The adapted expansion-compression machine allows the recovered storage medium to be used for other purposes in the refrigeration system, e.g. as (additional) refrigerant or to lubricate another component of the refrigeration system. The expansion-compression machine described herein thus has design features that produce beneficial effects to improve the capabilities of the refrigeration system (e.g., a COP can be increased).

In verschiedenen Aspekten kann eine Expansions-Kompressionsmaschine aufweisen: einen Kompressionsabschnitt und einen Expansionsabschnitt, welche mittels ein oder mehreren Lager miteinander gekoppelt sind; und eine (zusätzliche) Leitung, welche eingerichtet ist, eine Rückgewinnung mindestens eines Teils eines in die ein oder mehreren Lager umlaufenden Lagermediums zu ermöglichen. Die Leitung kann mit den ein oder mehreren Lagern (z.B. mit mindestens einem Lager der ein oder mehreren Lager) derart gekoppelt sein, dass mindestens eines Teils des Lagermediums durch die Leitung (zu der Außenseite der Expansions-Kompressionsmaschine) fließen kann.In various aspects, an expansion-compression machine may include: a compression section and an expan sion section, which are coupled to one another by means of one or more bearings; and an (additional) line which is set up to enable recovery of at least part of a storage medium circulating in the one or more bearings. The conduit can be coupled to the one or more bearings (eg, to at least one bearing of the one or more bearings) such that at least a portion of the bearing fluid can flow through the conduit (to the outside of the expansion-compression machine).

In verschiedenen Aspekten kann ein Kühlungssystem aufweisen: einen Basis-Kühlkreislauf und einen Zwischenkühlkreislauf (z.B. einen Unterkühlungskreislauf), wobei der Zwischenkühlkreislauf eine Expansions-Kompressionsmaschine aufweist, wobei die Expansions-Kompressionsmaschine einen Kompressionsabschnitt und einen Expansionsabschnitt aufweist, welche mittels ein oder mehrerer Lager miteinander gekoppelt sind, und wobei die Expansions-Kompressionsmaschine eine Leitung aufweist, welche derart eingerichtet ist, dass sie eine Rückgewinnung mindestens einen Teil eines in die ein oder mehreren Lager umlaufenden Lagermediums und eine Führung des rückgewonnenen Teils des Lagermediums in den Basis-Kühlkreislauf (und/oder in den Zwischenkühlkreislauf) ermöglicht.In various aspects, a refrigeration system may include: a base refrigeration circuit and an intermediate refrigeration circuit (e.g., a subcooling circuit), the intermediate refrigeration circuit comprising an expansion-compression machine, the expansion-compression machine having a compression section and an expansion section coupled together by means of one or more bearings and wherein the expansion-compression machine has a line which is set up in such a way that it enables a recovery of at least part of a storage medium circulating in the one or more bearings and a routing of the recovered part of the storage medium into the base cooling circuit (and/or in the intermediate cooling circuit).

In verschiedenen Aspekten kann ein Kühlungssystem aufweisen: einen Basis-Kühlkreislauf; und einen Unterkühlungskreislauf, welcher eingerichtet ist, Kältemittel zu unterkühlen und das unterkühlte Kältemittel dem Basis-Kühlkreislauf bereitzustellen, wobei der Unterkühlungskreislauf eine Expansions-Kompressionsmaschine aufweist, welche einen Kompressionsabschnitt und einen Expansionsabschnitt aufweist, wobei die Expansions-Kompressionsmaschine eingerichtet ist, eine Übertragung von Leistung vom Expansionsabschnitt zum Kompressionsabschnitt mittels ein oder mehreren Lager zu ermöglichen, und wobei die Expansions-Kompressionsmaschine eine Leitung aufweist, welche mit den ein oder mehreren Lagern (z.B. mit mindestens einem Lager der ein oder mehreren Lager) gekoppelt und eingerichtet ist, mindestens einen Teil eines in die ein oder mehreren Lager umlaufenden Lagermediums in den Unterkühlungskreislauf zuzuführen.In various aspects, a refrigeration system may include: a base refrigeration circuit; and a subcooling circuit configured to subcool refrigerant and provide the subcooled refrigerant to the base refrigeration circuit, the subcooling circuit including an expansion-compression machine having a compression section and an expansion section, the expansion-compression machine being configured to transmit power from the expansion section to the compression section by means of one or more bearings, and wherein the expansion-compression machine includes a conduit coupled to the one or more bearings (e.g., to at least one bearing of the one or more bearings) and configured to include at least a portion of a to feed into the one or more bearings circulating storage medium in the supercooling circuit.

Verschiedene Aspekte betreffen eine angepasste Konfiguration eines Einlasses und/oder eines Auslasses einer Expansions-Kompressionsmaschine, z.B. eines Einlasses und/oder eines Auslasses des Kompressionsabschnitts und/oder des Expansionsabschnitts. Die Konfiguration des Einlasses und/oder des Auslasses kann derart eingerichtet sein, dass ein Medium (z.B. ein Kältemittel) beim Eintritt in die Expansions-Kompressionsmaschine und beim Austritt aus der Expansions-Kompressionsmaschine beschleunigt wird. Die Beschleunigung des Mediums kann den Wirkungsgrad des Expansion-Kompression-Prozesses erhöhen. Die angepasste Konfiguration kann aufweisen, dass der Einlass und/oder der Auslass in einem Winkel in Bezug auf die Strömung des Mediums innerhalb der Expansions-Kompressionsmaschine steht (z.B. ein Winkel größer als 60°, z.B. größer als 75°, z.B. ein Winkel von 90°) .Various aspects relate to an adjusted configuration of an inlet and/or an outlet of an expansion-compression machine, e.g., an inlet and/or an outlet of the compression section and/or the expansion section. The configuration of the inlet and/or the outlet can be set up in such a way that a medium (e.g. a refrigerant) is accelerated on entering the expansion-compression machine and on exiting the expansion-compression machine. Accelerating the medium can increase the efficiency of the expansion-compression process. The adapted configuration may include that the inlet and/or the outlet is at an angle with respect to the flow of the medium within the expansion-compression machine (e.g. an angle greater than 60°, e.g. greater than 75°, e.g. an angle of 90 °) .

Im Rahmen dieser Beschreibung können die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ verwendet werden, um eine Beziehung zwischen zwei Elementen (z.B. zwischen zwei Komponenten eines Basis-Kühlkreislaufes oder zwischen zwei Komponenten eines Zwischenkühlkreislauf) in Bezug auf einen Strömungsweg (mit anderen Worten, einen Fließweg) eines Mediums (z.B. eines Kältemittels) zu beschreiben. Ein erstes Element, welches „stromabwärts“ zu einem zweiten Element angeordnet ist, kann derart eingerichtet sein bzw. werden, dass es das von dem zweiten Element abgegebene Medium empfängt. Ein erstes Element, das „stromaufwärts“ zu einem zweiten Element angeordnet ist, kann derart eingerichtet sein bzw. werden, dass es das Medium ausgibt, so dass das Medium von dem zweiten Element empfangen wird. In einigen Ausführungsformen kann der Begriff „stromabwärts“ als „direkt stromabwärts“ und der Begriff „stromaufwärts“ als „direkt stromaufwärts“ verstanden werden, z.B. ohne ein weiteres Element zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, die in Bezug zueinander stromabwärts bzw. stromaufwärts angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann der Begriff „stromabwärts“ als „indirekt stromabwärts“ und der Begriff „stromaufwärts“ als „indirekt stromaufwärts“ verstanden werden, z.B. mit ein oder mehreren weiteren Elementen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, die in Bezug zueinander stromabwärts bzw. stromaufwärts angeordnet sind, wobei die weiteren Elemente die wesentliche Funktion des ersten Elements und des zweiten Elements im Wesentlichen nicht beeinflussen. Die Begriffe „stromabwärts“ und „stromaufwärts“, wie sie hier verwendet werden, beziehen sich auf den Weg eines Mediums und implizieren keine räumliche Beziehung zwischen den Elementen.For the purposes of this description, the terms "upstream" and "downstream" may be used to indicate a relationship between two elements (e.g. between two components of a base cooling circuit or between two components of an intermediate cooling circuit) with respect to a flow path (in other words, a flow path) of a medium (e.g. a refrigerant). A first element located "downstream" of a second element may be arranged to receive the medium dispensed from the second element. A first element located "upstream" of a second element may be arranged to output the medium such that the medium is received by the second element. In some embodiments, the term "downstream" can be understood as "directly downstream" and the term "upstream" as "directly upstream", e.g. without another element between the first element and the second element, which are downstream and upstream, respectively, with respect to one another are arranged. In some embodiments, the term "downstream" can be understood as "indirectly downstream" and the term "upstream" as "indirectly upstream", e.g. with one or more further elements between the first element and the second element, which are downstream and are arranged upstream, wherein the further elements essentially do not affect the essential function of the first element and the second element. The terms "downstream" and "upstream" as used herein refer to the path of a medium and do not imply a spatial relationship between the elements.

Der Begriff „verbunden“ kann hier in Bezug auf Elemente (z.B. Komponenten eines Kühlkreislaufes und/oder eines Zwischenkühlkreislaufes und/oder einer Expansions-Kompressionsmaschine) verwendet werden zum Beschreiben, dass die Elemente derart miteinander verbunden sind, dass ein Medium von einem ersten Element zu einem zweiten Element strömen kann (mit anderen Worten, fließen kann). Der Begriff „verbunden“ kann in einigen Aspekten als „direkt verbunden“ verstanden werden, z.B. ohne ein weiteres Element zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element, die miteinander verbunden sind. Der Begriff „verbunden“ kann in einigen Aspekten als „indirekt verbunden“ verstanden werden, z.B. mit ein oder mehreren weiteren Elementen, die zwischen miteinander verbundenen Elementen angeordnet sind, wobei die weiteren Elemente die wesentliche Funktion der miteinander verbundenen Elemente nicht beeinflussen. Der Begriff „gekoppelt“ kann in dieser Beschreibung in ähnlicher Weise wie der Begriff „verbunden“ verwendet und verstanden werden.The term "connected" may be used herein in relation to elements (eg, components of a refrigeration circuit and/or an intercooling circuit and/or an expansion-compression machine) to describe that the elements are connected to one another such that a medium from a first element to can flow (in other words, can flow) to a second element. The term "connected" may be construed as "directly connected" in some aspects den, eg without a further element between a first element and a second element which are connected to each other. The term "connected" may be construed in some aspects as "indirectly connected," eg, to one or more other elements disposed between interconnected elements, where the other elements do not affect the essential function of the interconnected elements. The term "coupled" can be used and understood in a manner similar to the term "connected" in this specification.

Nachfolgend können Werte für verschiedene Parameter eines Mediums (z.B. eines Kältemittels in einem Kühlkreislauf und/oder in einem Unterkühlungskreislauf) angegeben werden, z.B. ein Druck, eine Temperatur usw. Es versteht sich, dass die hier angegebenen Werte dazu dienen, beispielhafte Implementierungen und Szenarien zu beschreiben, in denen der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung in die Praxis umgesetzt werden kann, aber auch andere Werte für die Parameter möglich sind, z.B. andere Drücke, andere Temperaturen usw., abhängig von der gewählten Konfiguration (z.B. von den gewählten Komponenten eines Kühlkreislauf, von dem gewählten Medium usw.).Values for various parameters of a medium (e.g. a refrigerant in a cooling circuit and/or in a subcooling circuit) can be specified below, e.g. a pressure, a temperature, etc. It is understood that the values specified here serve to provide exemplary implementations and scenarios describe in which the subject matter of the present disclosure can be put into practice, but also other values for the parameters are possible, e.g. other pressures, other temperatures etc., depending on the chosen configuration (e.g. on the chosen components of a refrigeration circuit, from the chosen medium, etc.).

Im Rahmen dieser Beschreibung kann der Begriff „Medium“ verwendet werden, wie er in der relevanten Technik allgemein verstanden ist. Beispielsweise kann der Begriff „Medium“ verwendet werden zum Beschreiben eines flüssigen Mediums (z.B. Wasser, ein flüssiges Kältemittel, usw.), eines gasförmigen Mediums (z.B. Luft, ein gasförmiges Kältemittel, wie CO₂, usw.) und/oder eines Mediums, welches sich in einem Mehrphasenzustand befindet (z.B. eine Mischung aus gasförmigem und flüssigem Medium). Der Begriff „Mittel“ kann hierin in ähnlicher Weise wie der Begriff „Medium“ verstanden und verwendet werden.Throughout this specification, the term "medium" may be used as it is commonly understood in the relevant art. For example, the term "medium" can be used to describe a liquid medium (e.g. water, a liquid refrigerant, etc.), a gaseous medium (e.g. air, a gaseous refrigerant such as CO ₂ , etc.) and/or a medium which is in a multi-phase state (e.g. a mixture of gaseous and liquid medium). The term "means" can be understood and used herein in a manner similar to the term "medium".

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures and are explained in more detail below. In the figures, identical or similar elements are provided with identical reference symbols, insofar as this is appropriate.

Es zeigen

1 ein Kühlungssystem in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedenen Aspekten;
2A und 2B jeweils einen Zwischenkühlkreislauf in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedenen Aspekten;
3A eine Expansions-Kompressionsmaschine in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedenen Aspekten;
3B und 3C jeweils einen Teil einer Expansions-Kompressionsmaschine in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedenen Aspekten; und
4A und 4B jeweils ein Kühlungssystem in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedenen Aspekten.

Show it

1 a cooling system in a schematic view according to various aspects;
2A and 2 B each an intermediate cooling circuit in a schematic view according to various aspects;
3A an expansion-compression machine in a schematic view according to various aspects;
3B and 3C each part of an expansion-compression machine in a schematic view according to various aspects; and
4A and 4B each a cooling system in a schematic view according to different aspects.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings that form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. In this regard, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "front", "rear", etc. is used with reference to the orientation of the figure(s) being described. Because components of embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terminology is used for purposes of illustration and is in no way limiting. It is understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It is understood that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another unless specifically stated otherwise. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.

Im Rahmen dieser Beschreibung wird im Sinne der Kürze der Begriff „mindestens ein(e)“ verwendet, welcher bedeuten kann: eins, genau eins, mehrere (z.B. genau zwei, oder mehr als zwei), viele (z.B. genau drei oder mehr als drei), etc. Dabei muss in der Bedeutung „mehrere“ nicht unbedingt bedeuten, dass es mehrere identische Elemente gibt, sondern im Wesentlichen funktional gleiche Elemente.In the context of this description, the term "at least one" is used for brevity, which can mean: one, exactly one, several (e.g. exactly two or more than two), many (e.g. exactly three or more than three). ), etc. The meaning "several" does not necessarily mean that there are several identical elements, but essentially functionally the same elements.

Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf das vorangehend Beschriebene und Dargestellte beziehen.Various examples are described below which relate to what has been described and illustrated above.

1 zeigt ein Kühlungssystem 100 in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedenen Aspekten. Das Kühlungssystem 100 kann einen Basis-Kühlkreislauf 102 aufweisen (hierin auch als Basis-Kühlungskreislauf oder Basis-Kältekreislauf bezeichnet). Der Basis-Kühlkreislauf 102 kann eine oder mehrere Komponenten aufweisen, welche derart eingerichtet sind, dass sie Wärme aus einem gewünschten Bereich (z.B. aus einem Raum oder aus dem Inneren eines Kühlschranks) mittels eines im Basis-Kühlkreislauf 102 strömenden Kältemittels aufnehmen. Der Basis-Kühlkreislauf 102 kann eine oder mehrere Komponenten aufweisen, welche derart eingerichtet sind, dass sie den Druck und die Temperatur des Kältemittels manipulieren, so dass Wärme aus dem gewünschten Bereich durch das Kältemittel entnommen (und von dem zu kühlenden Bereich weggeführt) werden kann, wie in der Technik bekannt ist. Eine Beschreibung einer beispielhaften Konfiguration des Basis-Kühlkreislaufs 102 (mit beispielhaften Komponenten) wird im Folgenden näher erläutert. 1 10 shows a cooling system 100 in a schematic view according to various aspects. The refrigeration system 100 may include a base refrigeration loop 102 (also referred to herein as a base refrigeration loop or base refrigeration loop). The base refrigeration circuit 102 may include one or more components configured to extract heat from a desired area (eg, from a room or from inside a refrigerator) using a refrigerant flowing in the base refrigeration circuit 102 to record. The base refrigeration circuit 102 may include one or more components configured to manipulate the pressure and temperature of the refrigerant so that heat can be extracted from the desired area (and removed from the area to be cooled) by the refrigerant , as is known in the art. A description of an example configuration of the base refrigeration circuit 102 (with example components) is provided in more detail below.

Das Kühlungssystem 100 kann einen Zwischenkühlkreislauf 120 (auch als Zwischenkühlungskreislauf oder Zwischenkältekreislauf bezeichnet) aufweisen, welcher derart eingerichtet ist, dass er Kältemittel aus dem Basis-Kühlkreislauf 102 empfängt und das Kältemittel zurück in den Basis-Kühlkreislauf 102 führt. Der Zwischenkühlkreislauf 120 kann als ein Unterkreislauf des Gesamtkühlkreislaufs verstanden werden, welchen das Kältemittel durchläuft. Der Zwischenkühlkreislauf 120 kann derart eingerichtet sein, dass er eine gewünschte Funktion erfüllt, welche zum gesamten Kühlkreislauf beiträgt. Zur Veranschaulichung kann der Zwischenkühlkreislauf 120 als ein Teil des Kühlsystems 100 verstanden werden, in dem das Kältemittel eine zusätzliche Manipulation erfährt, z.B. mit anderen Temperatur- und/oder Druckbedingungen als im Basis-Kühlkreislauf 102.The refrigeration system 100 may include an intercooling circuit 120 (also referred to as an intercooling circuit or interrefrigeration circuit) configured to receive refrigerant from the base refrigeration circuit 102 and return the refrigerant to the base refrigeration circuit 102 . The intermediate cooling cycle 120 can be understood as a sub-cycle of the overall cooling cycle through which the refrigerant passes. The intercooling circuit 120 may be configured to perform a desired function that contributes to the overall cooling circuit. For purposes of illustration, the intercooling circuit 120 can be thought of as a portion of the refrigeration system 100 in which the refrigerant undergoes additional manipulation, e.g., at different temperature and/or pressure conditions than the base refrigeration circuit 102.

Als ein Beispiel kann der Zwischenkühlkreislauf 120 ein(en) Unterkühlungskreislauf sein bzw. aufweisen, welcher derart eingerichtet ist, dass er Kältemittel vom Basis-Kühlkreislauf 102 empfängt und das unterkühlte Kältemittel wieder dem Basis-Kühlkreislauf 102 bereitstellt (z.B. führt). Die Unterkühlung des Kältemittels kann die Effizienz des Wärmeaustauschs in einem wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 110 des Basis-Kühlkreislaufs 102 (z.B. in einem Verdampfer des Basis-Kühlkreislaufs 102) erhöhen. Unterkühlung kann, wie in der Technik allgemein bekannt ist, als Absenkung der Temperatur des Kältemittels unter die Temperatur verstanden werden, bei der sich das Kältemittel in einem flüssigen Zustand befindet (z.B. unter 31°C in dem Fall, dass das Kältemittel Kohlendioxid aufweist).As an example, the intercooling circuit 120 may include a subcooling circuit configured to receive refrigerant from the base cooling circuit 102 and provide (e.g., route) the subcooled refrigerant back to the base cooling circuit 102 . Subcooling the refrigerant may increase heat exchange efficiency in a heat-absorbing heat exchanger 110 of the base refrigeration cycle 102 (e.g., in an evaporator of the base refrigeration cycle 102). Subcooling, as is well known in the art, can be understood as lowering the temperature of the refrigerant below the temperature at which the refrigerant is in a liquid state (e.g. below 31°C in the case where the refrigerant comprises carbon dioxide).

Der Zwischenkühlkreislauf 120 kann eine Expansions-Kompressionsmaschine 122 aufweisen, welche derart eingerichtet ist, dass sie Expansion und Kompression des Kältemittels bereitstellt, siehe auch 2A bis 3C. Die Expansions-Kompressionsmaschine 122 kann derart eingerichtet sein, dass sie eine Arbeitsrückgewinnung ermöglicht, z.B. um Arbeit aus der Expansion des (Hochdruck-, Hochtemperatur-) Kältemittels zu gewinnen. Die Verwendung einer Expansions-Kompressionsmaschine 122 mit Arbeitsrückgewinnung im Kühlungssystem 100 (z.B. im Zwischenkühlkreislauf 120) kann die Leistungszahl des Kältesystems 100 erhöhen, wie oben beschrieben wurde.The intercooling circuit 120 may include an expansion-compression machine 122 configured to provide expansion and compression of the refrigerant, see also 2A until 3C . The expansion-compression machine 122 can be set up in such a way that it enables work recovery, eg to recover work from the expansion of the (high-pressure, high-temperature) refrigerant. The use of an expansion-compression machine 122 with work recovery in the refrigeration system 100 (eg, in the intercooling circuit 120) can increase the COP of the refrigeration system 100, as described above.

Verschiedene Aspekte können darauf beruhen, dass die Expansions-Kompressionsmaschine 122 (oder allgemeiner, der Zwischenkühlkreislauf 120) derart angepasst wird, dass eine Rückgewinnung eines in der Expansions-Kompressionsmaschine 122 verwendeten Lagermediums möglich ist, wie unten näher beschrieben wird (siehe 2A bis 3C). Die Rückgewinnung des Lagermediums kann zur Erhöhung des Wirkungsgrads des Kühlungssystems 100 beitragen, z.B. zur Schmierung ein oder mehrerer Komponenten und/oder zum Gesamteffekt der Kühlung.Various aspects may be based on the expansion-compression machine 122 (or more generally, the intercooling circuit 120) being adapted in such a way that recovery of a storage medium used in the expansion-compression machine 122 is possible, as will be described in more detail below (see 2A until 3C ). The recovery of the bearing medium can contribute to increasing the efficiency of the cooling system 100, eg, to lubricate one or more components and/or to the overall effect of the cooling.

Im Folgenden wird eine beispielhafte Konfiguration des Basis-Kühlkreislaufs 102 beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass ein Basis-Kühlkreislauf zusätzliche, weniger oder alternative Komponenten in Bezug auf die beschriebenen/erläuterten aufweisen kann, während eine Konfiguration beibehalten wird, welche zur Kühlung eines gewünschten Bereichs geeignet ist. Im Allgemeinen ist die Funktionsweise eines Basis-Kühlkreislaufs (und der verschiedenen Komponenten, welche den Basis-Kühlkreislauf bilden) in der Technik bekannt. Eine kurze Beschreibung wird hier gegeben, um einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen.An example configuration of the basic refrigeration cycle 102 is described below. However, it should be understood that a basic refrigeration circuit may include additional, fewer, or alternative components to those described/illustrated while maintaining a configuration suitable for cooling a desired area. In general, the operation of a baseline refrigeration circuit (and the various components that make up the baseline refrigeration circuit) are known in the art. A brief description is provided here to illustrate some aspects of the present disclosure.

In einer beispielhaften Konfiguration kann der Basis-Kühlkreislauf 102 eine Kompressionsstufe 104 (auch als Verdichtungsstufe bezeichnet), einen wärmeabgebenden Wärmeübertrager 106 (z.B. einen Verflüssiger oder einen Gaskühler), eine Expansionsvorrichtung 108 (z.B. ein Ventil, wie ein Dosierventil) und einen wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 110 (z.B. einen Verdampfer) aufweisen. Die verschiedenen Komponenten können durch geeignete Leitungen 112 (z.B. geeignete Rohre und/oder Kanäle) miteinander verbunden sein. Gemäß verschiedenen Aspekten kann der Basis-Kühlkreislauf 102 als transkritischer Kühlkreislauf eingerichtet sein (z.B. falls CO₂ als Kältemittel verwendet wird). Die Pfeile in 1 zeigen die Strömungsrichtung des Kältemittels im Kühlungssystem 100 (z.B. im Basis-Kühlkreislauf 102 und im Zwischenkühlkreislauf 120).In an exemplary configuration, the baseline refrigeration cycle 102 may include a compression stage 104 (also referred to as a compression stage), a heat-releasing heat exchanger 106 (e.g., a condenser or a gas cooler), an expansion device 108 (e.g., a valve, such as a metering valve), and a heat-absorbing heat exchanger 110 (eg an evaporator). The various components may be connected to one another by suitable conduits 112 (eg, suitable tubes and/or ducts). According to various aspects, the base refrigeration circuit 102 may be configured as a transcritical refrigeration circuit (eg, if CO ₂ is used as the refrigerant). The arrows in 1 12 show the flow direction of the refrigerant in the cooling system 100 (eg, in the base cooling circuit 102 and in the intermediate cooling circuit 120).

Beispielsweise kann die Kompressionsstufe 104 als Anfangspunkt des Kreislaufs betrachtet werden, wobei eine Verdichtung des Kältemittels vorgesehen sein kann. Die Kompressionsstufe 104 kann derart eingerichtet sein, dass sie das Kältemittel verdichtet, z.B. so, dass sich das Kältemittel stromabwärts der Kompressionsstufe 104 in einem gasförmigen Zustand befinden und einen hohen Druck und eine hohe Temperatur aufweisen kann.For example, the compression stage 104 can be viewed as the starting point of the cycle, where compression of the refrigerant can be provided. The compression stage 104 may be configured to compress the refrigerant, e.g., such that the refrigerant downstream of the compression stage 104 may be in a gaseous state and may be at high pressure and temperature.

Die Kompressionsstufe 104 kann derart eingerichtet sein, dass ein in die Kompressionsstufe 104 strömendes Kältemittel ein oder mehrere Druckänderungen erfahren kann. Zur Veranschaulichung kann die Kompressionsstufe 104 derart eingerichtet sein, dass ein Kältemittel, das an einem Eingang in die Kompressionsstufe 104 eintritt, nach ein oder mehreren Druckänderungen, z.B. ein oder mehreren Druckanstiegen (ein oder mehreren Kompressionen), an einem Ausgang der Kompressionsstufe 104 ausgegeben wird. Das Kältemittel am Eingang der Kompressionsstufe 104 kann einen ersten Druck aufweisen, und das Kältemittel am Ausgang der Kompressionsstufe 104 kann einen zweiten Druck aufweisen, der größer als der erste Druck ist. Die Kompressionsstufe 104 kann derart eingerichtet sein, dass der Druck eines durch die Kompressionsstufe 104 strömenden Kältemittels von einem Anfangsdruck auf einen Enddruck erhöht wird, welcher größer als der Anfangsdruck ist.The compression stage 104 may be set up such that a refrigerant flowing into the compression stage 104 may experience one or more pressure changes. To illustrate, the compression stage 104 may be configured such that a refrigerant entering the compression stage 104 at an inlet is exhausted at an outlet of the compression stage 104 after one or more pressure changes, eg, one or more pressure rises (one or more compressions). . The refrigerant at the entrance of the compression stage 104 may be at a first pressure and the refrigerant at the exit of the compression stage 104 may be at a second pressure that is greater than the first pressure. The compression stage 104 can be set up in such a way that the pressure of a refrigerant flowing through the compression stage 104 is increased from an initial pressure to a final pressure which is greater than the initial pressure.

In verschiedenen Aspekten kann die Kompressionsstufe 104 mehr als einen Eingang und mehr als einen Ausgang aufweisen, z.B. eine Vielzahl von Eingängen und/oder eine Vielzahl von Ausgängen, so dass Kältemittel (z.B. Kältemittel in verschiedenen Druckzustände) von einem jeweiligen Eingang in die Kompressionsstufe 104 eintreten und von einem jeweiligen Ausgang die Kompressionsstufe 104 verlassen können.In various aspects, compression stage 104 may have more than one inlet and more than one outlet, e.g., a plurality of inlets and/or a plurality of outlets, such that refrigerant (e.g., refrigerant at different pressure states) enters compression stage 104 from a respective inlet and can leave the compression stage 104 from a respective exit.

Wie in der Technik bekannt ist, können Temperatur und Druck eines Kältemittels so in Beziehung miteinander stehen, dass bei einigen Prozessen eine Druckerhöhung zu einer Temperaturerhöhung führen kann, und umgekehrt (und eine Drucksenkung kann zu einer Temperatursenkung führen, und umgekehrt). Ein Kältemittel am Eingang der Kompressionsstufe 104 kann sich auf einer ersten Temperatur befinden, und das Kältemittel am Ausgang der Kompressionsstufe 104 kann sich auf einer zweiten Temperatur befinden, die größer als die erste Temperatur ist.As is known in the art, the temperature and pressure of a refrigerant can be so related that in some processes an increase in pressure can result in an increase in temperature and vice versa (and a decrease in pressure can result in a decrease in temperature and vice versa). A refrigerant entering the compression stage 104 may be at a first temperature and the refrigerant exiting the compression stage 104 may be at a second temperature that is greater than the first temperature.

In verschiedenen Aspekten kann die Kompressionsstufe 104 ein oder mehrere Kompressionsvorrichtungen (ein oder mehreren Kompressoren) aufweisen. Als ein Beispiel kann die Kompressionsstufe 104 mehrere parallel gekoppelte Kompressionsvorrichtungen aufweisen. Das Kältemittel kann auf mehrere Kompressionsvorrichtungen aufgeteilt werden (auf ein oder mehrere Kompressionsvorrichtungen oder auf jede der Kompressionsvorrichtungen). Die mehreren Kompressionsvorrichtungen können an einen gemeinsamen Eingang und an einen gemeinsamen Ausgang verbunden sein bzw. werden. Diese Konfiguration kann eine schnellere Verarbeitung des Kältemittels ermöglichen. Als weiteres Beispiel kann die Kompressionsstufe 104 mehrere in Reihe gekoppelte Kompressionsvorrichtungen aufweisen. Eine Kompressionsvorrichtung kann das verdichtete Kältemittel empfangen, welches von der vorhergehenden Kompressionsvorrichtung ausgegeben wird. Diese Konfiguration kann eine Erhöhung des Drucks des Kältemittels in nachfolgenden (graduellen) Schritten ermöglichen. Die Kompressionsstufe 104 kann entsprechend der Anzahl der in Reihe gekoppelten Kompressionsvorrichtung als einstufige oder mehrstufige (z.B. zweistufige) Kompressionsstufe eingerichtet werden. Die Anzahl und die Konfiguration der Kompressionsvorrichtungen können in Abhängigkeit von dem Druck gewählt werden, welcher von einem in die Kompressionsstufe 104 strömenden Kältemittel erreicht werden soll.In various aspects, the compression stage 104 may include one or more compression devices (one or more compressors). As an example, compression stage 104 may include multiple compression devices coupled in parallel. The refrigerant may be split among multiple compression devices (across one or more compression devices or each of the compression devices). The multiple compression devices may be connected to a common input and a common output. This configuration can allow faster processing of the refrigerant. As another example, compression stage 104 may include multiple compression devices coupled in series. A compression device may receive the compressed refrigerant discharged from the preceding compression device. This configuration may allow the pressure of the refrigerant to be increased in subsequent (gradual) steps. Compression stage 104 may be configured as a single stage or multi-stage (e.g., two-stage) compression stage, depending on the number of compression devices coupled in series. The number and configuration of the compression devices may be chosen depending on the pressure to be achieved by refrigerant flowing into the compression stage 104 .

Eine Kompressionsvorrichtung kann hierin auch als Kompressor bezeichnet werden. Eine Kompressionsvorrichtung kann in verschiedenen Aspekten mindestens ein(en) Schrauben-, Hubkolben-, Scroll-, Rollkolben-, Axial- oder Zentrifugalkompressor sein bzw. aufweisen, als Beispiele. Bei einer Kompressionsvorrichtung kann es sich um eine ölfreie oder ölgeschmierte Kompressionsvorrichtung handeln.A compression device may also be referred to herein as a compressor. A compression device, in various aspects, may include at least one of a screw, reciprocating, scroll, rotary, axial, or centrifugal compressor, as examples. A compression device can be an oil-free or oil-lubricated compression device.

Stromabwärts der Kompressionsstufe 104 kann das Kältemittel dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 106 bereitgestellt (z.B. zugeführt) werden, welcher derart eingerichtet ist, dass das in dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 106 strömende Kältemittel Wärme abgibt (z.B. an die Umgebung), so dass die Temperatur des Kältemittels sinkt.Downstream of the compression stage 104, the refrigerant can be provided (e.g. supplied) to the heat-emitting heat exchanger 106, which is set up in such a way that the refrigerant flowing in the heat-emitting heat exchanger 106 gives off heat (e.g. to the environment), so that the temperature of the refrigerant drops.

Der wärmeabgebende Wärmeübertrager 106 kann derart eingerichtet sein, dass sich das in den wärmeabgebenden Wärmeübertrager 106 strömende Kältemittel in ein oder mehreren Wärmeübertragungsbeziehungen mit ein oder mehreren anderen Medien (z.B. Wasser, Luft, usw.) befinden kann, so dass das Kältemittel Wärme zu den ein oder mehreren anderen Medien abgeben kann. Das Kältemittel am Eingang des wärmeabgebenden Wärmeübertragers 106 kann sich auf einer ersten Temperatur befinden, und das Kältemittel am Ausgang des wärmeabgebenden Wärmeübertragers 106 kann sich auf einer zweiten Temperatur befinden, welche kleiner als die erste Temperatur ist. Anschaulich können sich die ein oder mehreren anderen Medien auf eine Temperatur befinden, welche kleiner als die Temperatur des Kältemittels am Eingang des Wärmeübertragers 106 ist. Das Kältemittel kann ein wärmeabgebendes Medium sein und die ein oder mehreren anderen Medien können ein oder mehreren wärmeaufnehmende Medien sein. Als numerisches Beispiel kann die Temperatur des Kältemittels stromabwärts zu dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 106 kleiner als 50°C sein, z.B. kleiner als 35°C. Beispielsweise kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager 106 einen Verflüssiger oder einen Gaskühler aufweisen bzw. als ein Verflüssiger oder ein Gaskühler eingerichtet sein. Ein Verflüssiger kann hierin auch als Kondensator bezeichnet werden.The exothermic heat exchanger 106 may be configured such that the refrigerant flowing into the exothermic heat exchanger 106 may be in one or more heat transfer relationships with one or more other media (e.g., water, air, etc.) such that the refrigerant transfers heat to the one or several other media. The refrigerant at the entrance of the exothermic heat exchanger 106 may be at a first temperature and the refrigerant at the exit of the exothermic heat exchanger 106 may be at a second temperature that is less than the first temperature. Clearly, the one or more other media can be at a temperature that is lower than the temperature of the refrigerant at the inlet of the heat exchanger 106 . The refrigerant may be a heat releasing medium and the one or more other media may be one or more heat absorbing media. As a numerical example, the temperature of the refrigerant downstream of the exothermic heat exchanger 106 may be less than 50°C, eg less than 35°C. For example, the heat-emitting heat exchanger 106 can have a condenser or a gas cooler or as a condenser or a gas cooler should be set up. A condenser can also be referred to herein as a condenser.

In verschiedenen Aspekten kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager 106 derart eingerichtet sein, dass das in den wärmeabgebenden Wärmeübertrager 106 strömende Kältemittel seine Phase wechseln kann. Das in den wärmeabgebenden Wärmeübertrager 106 eintretende Kältemittel kann sich in einer ersten Phase befinden (z.B. gasförmig stromabwärts zu der Kompressionsstufe 104), und am Ausgang des wärmeabgebenden Wärmeübertragers 106 kann sich das Kältemittel in einer zweiten Phase befinden, welche sich von der ersten Phase unterscheidet (z.B. in der flüssigen Phase). Das Kältemittel kann den Übergang von der ersten Phase zur zweiten Phase entlang des jeweiligen Strömungsweges durchlaufen, z.B. kann sich das Kältemittel in der ersten Phase in einem Anfangsabschnitt des Strömungsweges, in einer mittleren (gemischten) Phase in einem mittleren Abschnitt des Strömungsweges und in der zweiten Phase in einem Endabschnitt des Strömungsweges befinden.In various aspects, the exothermic heat exchanger 106 may be configured such that the refrigerant flowing into the exothermic heat exchanger 106 may change phase. The refrigerant entering the exothermic heat exchanger 106 may be in a first phase (e.g., gaseous downstream of the compression stage 104), and exiting the exothermic heat exchanger 106 the refrigerant may be in a second phase, which is different than the first phase ( e.g. in the liquid phase). The refrigerant may undergo the transition from the first phase to the second phase along the respective flow path, e.g. the refrigerant may be in the first phase in an initial portion of the flow path, in a middle (mixed) phase in a middle portion of the flow path and in the second Phase are in an end portion of the flow path.

Stromabwärts zu dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 106 kann das Kältemittel der Expansionsvorrichtung 108 bereitgestellt werden, welche derart eingerichtet sein kann, dass sie einen (schnellen) Abfall des Drucks des Kältemittels bewirkt. In einigen Aspekten kann das Kältemittel der Expansionsvorrichtung 108 zugeführt werden, nachdem es den Zwischenkühlkreislauf 120 durchlaufen hat, z.B. nachdem es einer Unterkühlung unterzogen wurde. Die Unterkühlung kann sicherstellen, dass sich das an die Expansionsvorrichtung 108 bereitgestellte Kältemittel in einem flüssigen Zustand befindet, wodurch die Effizienz der Expansion (und der nachfolgenden Wärmeaufnahme) erhöht wird.Downstream of the heat-emitting heat exchanger 106, the refrigerant can be provided to the expansion device 108, which can be set up in such a way that it causes a (quick) drop in the pressure of the refrigerant. In some aspects, the refrigerant may be provided to the expansion device 108 after it has passed through the intercooling circuit 120, e.g., after being subjected to subcooling. Subcooling can ensure that the refrigerant provided to the expansion device 108 is in a liquid state, thereby increasing the efficiency of the expansion (and subsequent heat absorption).

Die Expansionsvorrichtung 108 kann in verschiedenen Aspekten mindestens ein Expansionsorgan (z.B. ein elektronisches Expansionsventil, ein thermostatisches Expansionsventil, ein Kapillarrohr oder ein Schwimmerventil) oder eine Expansionsmaschine (auch als Turboexpander oder Expansionsturbine bezeichnet) aufweisen, beispielsweise eine Luftexpansionsmaschine.The expansion device 108 may, in various aspects, include at least one expansion device (e.g., an electronic expansion valve, a thermostatic expansion valve, a capillary tube, or a float valve) or an expansion machine (also referred to as a turboexpander or turbine expander), such as an air expander.

Die Expansionsvorrichtung 108 kann derart eingerichtet sein, dass sie das in die Expansionsvorrichtung 108 strömende Kältemittel expandiert, beispielhaft kann sie derart eingerichtet sein, dass sie das Volumen des in die Expansionsvorrichtung 108 strömenden Kältemittels vergrößert. Zur Veranschaulichung kann das Kältemittel am Eingang der Expansionsvorrichtung 108 einen ersten Druck aufweisen (das Kältemittel am Eingang kann ein erstes Volumen aufweisen), und die Expansionsvorrichtung 108 kann derart eingerichtet sein, dass sie das Kältemittel so expandiert, dass das Kältemittel am Ausgang der Expansionsvorrichtung 108 einen zweiten Druck aufweist, der kleiner als der erste Druck ist (das Kältemittel am Ausgang kann ein zweites Volumen aufweisen, das größer als das erste Volumen ist).The expansion device 108 may be configured to expand the refrigerant flowing into the expansion device 108 , for example it may be configured to increase the volume of refrigerant flowing into the expansion device 108 . To illustrate, the refrigerant entering the expansion device 108 may have a first pressure (the refrigerant entering the expansion device 108 may have a first volume), and the expansion device 108 may be configured to expand the refrigerant such that the refrigerant exiting the expansion device 108 has a second pressure less than the first pressure (the outlet refrigerant may have a second volume greater than the first volume).

Die Expansion kann einer Änderung der Temperatur des Kältemittels zugeordnet sein, wie oben beschrieben wurde. Das Kältemittel am Eingang der Expansionsvorrichtung 108 kann sich auf einer ersten Temperatur befinden, und die Expansionsvorrichtung 108 kann derart eingerichtet sein, dass sie das Kältemittel so expandiert, dass das Kältemittel am Ausgang der Expansionsvorrichtung 108 eine zweite Temperatur aufweist, welche niedriger als die erste Temperatur ist.The expansion may be associated with a change in the temperature of the refrigerant, as discussed above. The refrigerant entering the expansion device 108 may be at a first temperature, and the expansion device 108 may be configured to expand the refrigerant such that the refrigerant exiting the expansion device 108 is at a second temperature that is lower than the first temperature is.

Die Expansionsvorrichtung 108 kann derart eingerichtet sein, dass sie einen gewünschten Druckabfall bewirkt, z.B. kann die Expansionsvorrichtung 108 derart eingerichtet sein, dass sie eine gewünschte Differenz zwischen dem ersten Druck am Eingang und dem zweiten Druck am Ausgang erzeugt. Als numerische Beispiele kann der Druck des Kältemittels stromabwärts zu der Expansionsvorrichtung 108 kleiner als 0,5 bar sein, beispielsweise kleiner als 0,1 bar. The expansion device 108 may be configured to provide a desired pressure drop, e.g., the expansion device 108 may be configured to create a desired difference between the first pressure at the inlet and the second pressure at the outlet. As numerical examples, the pressure of the refrigerant downstream of the expansion device 108 may be less than 0.5 bar, for example less than 0.1 bar.

Stromabwärts der Expansionsvorrichtung 108 kann das Kältemittel dem wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 110 zugeführt werden. Der wärmeaufnehmende Wärmeübertrager 110 kann derart eingerichtet sein, dass das in dem wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager strömende Kältemittel Wärme (aus dem zu kühlenden Bereich) aufnimmt und so den gewünschten Bereich gekühlt werden kann.The refrigerant can be fed to the heat-absorbing heat exchanger 110 downstream of the expansion device 108 . The heat-absorbing heat exchanger 110 can be set up in such a way that the refrigerant flowing in the heat-absorbing heat exchanger absorbs heat (from the area to be cooled) and the desired area can thus be cooled.

Der wärmeaufnehmende Wärmeübertrager 110 kann eine ähnliche Konfiguration wie der wärmeabgebende Wärmeübertrager 106 haben, mit dem Unterschied, dass Wärme von dem Kältemittel aufgenommen wird.The exothermic heat exchanger 110 may have a configuration similar to the exothermic heat exchanger 106 except that heat is absorbed from the refrigerant.

Der wärmeaufnehmende Wärmeübertrager 110 kann derart eingerichtet sein, dass sich das in den wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 110 strömende Kältemittel in ein oder mehreren Wärmeübertragungsbeziehungen mit ein oder mehreren anderen Medien (z.B. Wasser, Luft, usw.) befinden kann, so dass das Kältemittel Wärme von den ein oder mehreren anderen Medien aufnehmen kann. Das Kältemittel am Eingang des wärmeaufnehmenden Wärmeübertragers 110 kann sich auf einer ersten Temperatur befinden, und das Kältemittel am Ausgang des wärmeaufnehmenden Wärmeübertragers 110 kann sich auf einer zweiten Temperatur befinden, welche größer als die erste Temperatur ist. Anschaulich können sich die ein oder mehreren anderen Medien auf eine Temperatur befinden, welche größer als die Temperatur des Kältemittels am Eingang des Wärmeübertragers 110 ist. Das Kältemittel kann ein wärmeaufnehmendes Medium sein und die ein oder mehreren anderen Medien können ein oder mehreren wärmeaufgebende Medien sein. Als numerisches Beispiel kann die Temperatur des Kältemittels stromabwärts zu dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 106 größer als 50°C sein, z.B. größer als 70°C. Beispielsweise kann der wärmeabgebende Wärmeübertrager 106 einen Verdampfer aufweisen bzw. als ein Verdampfer eingerichtet sein.The heat-absorbing heat exchanger 110 can be set up such that the refrigerant flowing into the heat-absorbing heat exchanger 110 can be in one or more heat transfer relationships with one or more other media (e.g. water, air, etc.) so that the refrigerant heat from the one or several other media. The refrigerant entering the exothermic heat exchanger 110 may be at a first temperature and the refrigerant exiting the exothermic heat exchanger 110 may be at a second temperature that is greater than the first temperature is. Clearly, the one or more other media can be at a temperature that is greater than the temperature of the refrigerant at the inlet of the heat exchanger 110 . The refrigerant may be a heat absorbing medium and the one or more other media may be one or more heat emitting media. As a numerical example, the temperature of the refrigerant downstream of the exothermic heat exchanger 106 may be greater than 50°C, eg, greater than 70°C. For example, the heat-emitting heat exchanger 106 can have an evaporator or be set up as an evaporator.

In verschiedenen Aspekten kann der wärmeaufnehmende Wärmeübertrager 110 derart eingerichtet sein, dass das in den wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 110 strömende Kältemittel seine Phase wechseln kann. Das in den wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 110 eintretende Kältemittel kann sich in einer ersten Phase befinden (z.B. flüssig stromabwärts zu der Expansionsvorrichtung 108), und am Ausgang des wärmeaufnehmenden Wärmeübertragers 110 kann sich das Kältemittel in einer zweiten Phase befinden, die sich von der ersten Phase unterscheidet (z.B. in der gasförmigen Phase). Das Kältemittel kann den Übergang von der ersten Phase zur zweiten Phase entlang des jeweiligen Strömungsweges durchlaufen, z.B. kann sich das Kältemittel in der ersten Phase in einem Anfangsabschnitt des Strömungsweges, in einer mittleren (gemischten) Phase in einem mittleren Abschnitt des Strömungsweges und in der zweiten Phase in einem Endabschnitt des Strömungsweges befinden.In various aspects, the exothermic heat exchanger 110 may be configured such that the refrigerant flowing into the exothermic heat exchanger 110 may change phase. The refrigerant entering the heat-accepting heat exchanger 110 may be in a first phase (e.g., liquid downstream of the expansion device 108), and exiting the heat-accepting heat exchanger 110 the refrigerant may be in a second phase that is different than the first phase ( e.g. in the gaseous phase). The refrigerant may undergo the transition from the first phase to the second phase along the respective flow path, e.g. the refrigerant may be in the first phase in an initial portion of the flow path, in a middle (mixed) phase in a middle portion of the flow path and in the second Phase are in an end portion of the flow path.

Aspekte, welche für den wärmeabgebenden Wärmeübertrager 106 und/oder für den wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 110 gelten können, werden im Folgenden noch näher erläutert.Aspects which can apply to the heat-emitting heat exchanger 106 and/or to the heat-absorbing heat exchanger 110 are explained in more detail below.

Der wärmeabgebende Wärmeübertrager 106 und/oder der wärmeaufnehmende Wärmeübertrager 110 kann/können mehr als einen Eingang und mehr als einen Ausgang aufweisen, z.B. mehrere Eingänge und/oder mehrere Ausgänge, und verschiedene Medien (z.B. das Kältemittel und die ein oder mehreren anderen Medien) können von einem jeweiligen Eingang in den Wärmeübertrager 106, 110 eintreten und von einem jeweiligen Ausgang von den Wärmeübertrager 106, 110 ausgegeben werden.The exothermic heat exchanger 106 and/or the exothermic heat exchanger 110 may have more than one input and more than one output, e.g., multiple inputs and/or multiple outputs, and different media (e.g., the refrigerant and the one or more other media). enter the heat exchanger 106, 110 from a respective inlet and are output from the heat exchanger 106, 110 from a respective outlet.

Als Beispiele kann/können der wärmeabgebende Wärmeübertrager 106 und/oder der wärmeaufnehmende Wärmeübertrager 110 als Doppelrohr-Wärmeübertrager, Rohrbündel-Wärmeübertrager, Rohrin-Rohr-Wärmeübertrager, Mikrochanel-Wärmeübertrager oder Plattenwärmeübertrager ausgeführt sein bzw. werden. In verschiedenen Aspekten kann/können der wärmeabgebende Wärmeübertrager 106 und/oder der wärmeaufnehmende Wärmeübertragers 110 ein oder mehrere Elemente aufweisen, welche derart eingerichtet sind, dass sie die Wärmeübertragungsfläche vergrößern, z.B. eine Vielzahl von Rippen oder eine Vielzahl von berippten Rohren.As examples, the exothermic heat exchanger 106 and/or the exothermic heat exchanger 110 may be embodied as double tube heat exchangers, shell and tube heat exchangers, tube-in-tube heat exchangers, microchannel heat exchangers, or plate heat exchangers. In various aspects, the exothermic heat exchanger 106 and/or the exothermic heat exchanger 110 may include one or more elements configured to increase the heat transfer surface area, e.g., a plurality of fins or a plurality of finned tubes.

In einer beispielhaften Konfiguration des wärmeabgebenden Wärmeübertragers 106 und/oder des wärmeaufnehmenden Wärmeübertragers 110 kann das Kältemittel in einen ersten Strömungsweg (z.B. eine erste Serpentine) strömen und ein anderes Medium (z.B. Wasser) kann in einen zweiten Strömungsweg (z.B. eine zweite Serpentine) strömen, so dass das Kältemittel und das andere Medium in einer Wärmeübertragungsbeziehung miteinander stehen. Das Kältemittel und das andere Medium können in die gleiche Richtung strömen oder in unterschiedliche Richtungen strömen (z.B. in entgegengesetzte Richtungen, in Richtungen im Winkel zueinander, in Richtungen senkrecht zueinander, entgegen und gleichzeitig senkrecht zueinander (in einem so genannten Kreuz-Gegenstrom) usw.).In an exemplary configuration of the exothermic heat exchanger 106 and/or the exothermic heat exchanger 110, the refrigerant may flow in a first flow path (e.g., a first serpentine) and another medium (e.g., water) may flow in a second flow path (e.g., a second serpentine). so that the refrigerant and the other medium are in a heat transfer relationship with each other. The refrigerant and the other medium can flow in the same direction or in different directions (e.g. in opposite directions, in directions at an angle to one another, in directions perpendicular to one another, counter to and simultaneously perpendicular to one another (in a so-called cross-counterflow), etc. ).

In verschiedenen Aspekten kann/können der wärmeaufnehmende Wärmeübertrager 110 und/oder der wärmeaufgebende Wärmeübertrager 106 derart eingerichtet sein, dass das in den Wärmeübertrager 106, 110 strömende Kältemittel in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit einer den Wärmeübertrager 106, 110 umgebenden Umgebung steht, z.B. mit einem Medium (ein gasförmiges oder flüssiges Medium), welches in der den Wärmeübertrager 106, 110 umgebenden Umgebung vorhanden ist, wie Luft, Wasser, Sole, als Beispiele.In various aspects, the heat absorbing heat exchanger 110 and/or the heat emitting heat exchanger 106 can be set up such that the refrigerant flowing into the heat exchanger 106, 110 is in a heat transfer relationship with an environment surrounding the heat exchanger 106, 110, e.g. with a medium ( a gaseous or liquid medium) which is present in the environment surrounding the heat exchanger 106, 110, such as air, water, brine, as examples.

In verschiedenen Aspekten kann/können der wärmeaufnehmende Wärmeübertrager 110 und/oder der wärmeaufgebende Wärmeübertrager 106 ein Zirkulationssystem (nicht dargestellt) aufweisen, welche derart eingerichtet ist, dass es das in der Umgebung des Wärmeübertragers 106, 110 vorhandene Medium (re-)zirkuliert. Das Zirkulationssystem kann ein oder mehrere Elemente aufweisen (z.B. ein oder mehrere Rohre, einen Ventilator, ein Gebläse und ähnliches) zum Umlaufen des in der Umgebung vorhandenen Mediums (z.B. zur Rezirkulation von Wasser, Luft usw.). Das Zirkulationssystem kann dafür sorgen, dass das Medium, welches Wärme mit dem Kältemittel in dem Wärmeübertrager 106, 110 übertragen hat, durch weiteres Medium ersetzt wird, welches sich auf Umgebungstemperatur befindet, um die gewünschte Wärmeübertragung (die gewünschte Senkung bzw. Erhöhung der Temperatur des Kältemittels) zu erreichen.In various aspects, the heat absorbing heat exchanger 110 and/or the heat emitting heat exchanger 106 can have a circulation system (not shown), which is set up in such a way that it (re)circulates the medium present in the environment of the heat exchanger 106, 110. The circulation system may include one or more elements (e.g., one or more pipes, a fan, a blower, and the like) for circulating the medium present in the environment (e.g., for recirculating water, air, etc.). The circulation system can ensure that the medium that has transferred heat with the refrigerant in the heat exchanger 106, 110 is replaced by another medium that is at ambient temperature in order to achieve the desired heat transfer (the desired decrease or increase in the temperature of the refrigerant) to reach.

Stromabwärts zu dem wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 110 kann das Kältemittel (erneut) der Kompressionsstufe 104 für eine erneute Wiederholung des Kühlkreislaufs bereitgestellt werden.Downstream to the heat absorbing heat exchanger 110, the refrigerant can (again) of the compression stage 104 for a new iteration of the refrigeration cycle.

Es versteht sich, dass der Basis-Kühlkreislauf 102 zusätzliche, weniger oder alternative Komponenten in Bezug auf die beschriebenen/gezeigten aufweisen kann. Als weitere (z.B. zusätzliche) beispielhafte Komponente kann der Basis-Kühlkreislauf 102 eine Abscheidevorrichtung (in 1 nicht dargestellt, siehe 4A und 4B) aufweisen, beispielsweise stromaufwärts zu der Expansionsvorrichtung 108. Die Abscheidevorrichtung kann es ermöglichen, jegliches verbleibende Kältemittel in der Gasphase vor der Expansion in der Expansionsvorrichtung 108 abzuscheiden.It is understood that the base refrigeration circuit 102 may include additional, fewer, or alternative components to those described/shown. As a further (e.g. additional) exemplary component, the basic cooling circuit 102 can have a separating device (in 1 not shown, see 4A and 4B) e.g., upstream of the expansion device 108. The separation device may allow any remaining refrigerant in the gas phase to be separated prior to expansion in the expansion device 108.

Eine Abscheidevorrichtung kann derart eingerichtet sein, dass Teile des in die Abscheidevorrichtung strömenden Kältemittels, die sich in unterschiedlichen Phasen befinden, voneinander getrennt werden. Die Abscheidevorrichtung kann einen Abscheider aufweisen, wie einen horizontalen Zweiphasenabscheider, einen horizontalen Dreiphasenabscheider, einen vertikalen Zweiphasenabscheider, einen zweistufigen vertikalen Wäscher, einen einstufigen Zyklonwäscher, einen zylindrischen Gas/Flüssigkeitswäscher, als Beispiele. Die allgemeine Konfiguration einer Abscheidevorrichtung (z.B. eines Abscheiders) kann in der Technik bekannt sein, eine kurze Beschreibung wird hierin gegeben, um die für die hier beschriebenen Implementierungen relevanten Aspekte zu veranschaulichen.A separating device can be set up in such a way that parts of the refrigerant flowing into the separating device, which are in different phases, are separated from one another. The separating apparatus may include a separator such as a horizontal two-phase separator, a horizontal three-phase separator, a vertical two-phase separator, a two-stage vertical scrubber, a single-stage cyclone scrubber, a cylindrical gas/liquid scrubber, for example. The general configuration of a separation device (e.g., a separator) may be known in the art, a brief description is provided herein to illustrate aspects relevant to the implementations described herein.

Die Abscheidevorrichtung kann derart eingerichtet sein, dass sie das Kältemittel (an einem Eingang) empfängt, welches sich in einem mehrphasigen Zustand befindet (z.B. eine Mischung mit mehr als einer Phase). Zur Veranschaulichung kann das Kältemittel einen ersten Teil in einer ersten Phase (z.B. in einer flüssigen oder gasförmigen Phase) und einen zweiten Teil in einer zweiten Phase (z.B. in der anderen der flüssigen oder gasförmigen Phase) aufweisen, und die Abscheidevorrichtung kann derart eingerichtet sein, dass sie den ersten Teil vom zweiten Teil trennt. Es versteht sich, dass das Kältemittel am Eingang mehr als zwei Phasen aufweisen kann, z.B. kann das Kältemittel einen dritten Teil in einer dritten Phase aufweisen, und die Abscheidevorrichtung kann derart eingerichtet sein, dass sie den ersten Teil, den zweiten Teil und den dritten Teil voneinander trennt.The separator may be configured to receive (at an input) the refrigerant that is in a multi-phase state (e.g., a mixture with more than one phase). To illustrate, the refrigerant may have a first portion in a first phase (e.g., in a liquid or gaseous phase) and a second portion in a second phase (e.g., in the other of the liquid or gaseous phase), and the separation device may be configured such that it separates the first part from the second part. It will be appreciated that the refrigerant may have more than two phases at the entrance, e.g. the refrigerant may have a third part in a third phase and the separating device may be arranged to separate the first part, the second part and the third part separated from each other.

Die Abscheidevorrichtung kann derart eingerichtet sein, dass jeder abgetrennte Teil an einem zugehörigen Ausgang bereitgestellt wird. Ein erster Ausgang kann der ersten Phase zugeordnet sein, und ein zweiter Ausgang kann der zweiten Phase zugeordnet sein. Zur Veranschaulichung kann die Abscheidevorrichtung derart eingerichtet sein, dass sie den abgetrennten ersten Teil (der sich in der ersten Phase befindet) am ersten Ausgang und den abgetrennten zweiten Teil (der sich in der zweiten Phase befindet) am zweiten Ausgang ausgibt. Es versteht sich, dass die Abscheidevorrichtung mehr als einen Eingang und/oder mehr als zwei Ausgänge aufweisen kann, je nach der Anzahl der zu empfangenden Kältemittel und der Anzahl der zu trennenden Phasen. Als Beispiel kann die Abscheidevorrichtung einen dritten Ausgang aufweisen, welcher der dritten Phase zugeordnet ist.The separating device can be set up in such a way that each separated part is made available at an associated outlet. A first output can be associated with the first phase and a second output can be associated with the second phase. To illustrate, the separating device can be set up in such a way that it outputs the separated first part (which is in the first phase) at the first outlet and the separated second part (which is in the second phase) at the second outlet. It is understood that the separation device can have more than one inlet and/or more than two outlets depending on the number of refrigerants to be received and the number of phases to be separated. As an example, the separating device may have a third output associated with the third phase.

Ein im Kühlungssystem 100 (z.B. im Basis-Kühlkreislauf 102) verwendetes Kältemittel kann in Abhängigkeit von einem gewünschten Betrieb des Kühlungssystem 100 (z.B. von einer gewünschten zu erreichenden Temperatur, von einem gewünschten zu kühlenden Bereich usw.) ausgewählt werden. Als Beispiel kann das Kältemittel Kohlendioxid (CO₂) aufweisen, das eine umweltfreundliche Lösung für Kühlzwecke darstellt. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Kältemittel im Kühlungssystem 100 vorgesehen werden können, wie z. B. Wasser, ein kohlenwasserstoffbasierendes Kältemittel wie R170, R1270, R290, R600a oder R600, ein fluoriertes Kältemittel wie z.B. R134a, R32, R1234yf, eine Mischung aus einer Mehrzahl von Kältemitteln wie z.B. R404A, R410A, R407C, usw.A refrigerant used in refrigeration system 100 (eg, base refrigeration loop 102) may be selected depending on a desired operation of refrigeration system 100 (eg, a desired temperature to achieve, a desired area to cool, etc.). As an example, the refrigerant may include carbon dioxide (CO ₂ ), which is an environmentally friendly solution for refrigeration purposes. However, it is understood that other refrigerants can be provided in the cooling system 100, such as. B. Water, a hydrocarbon-based refrigerant such as R170, R1270, R290, R600a or R600, a fluorinated refrigerant such as R134a, R32, R1234yf, a mixture of a variety of refrigerants such as R404A, R410A, R407C, etc.

Ein Zwischenkühlkreislauf wird in Bezug auf 2A und 2B noch näher beschrieben.An intercooling cycle is related to 2A and 2 B described in more detail.

2A und 2B zeigen jeweils einen Zwischenkühlkreislauf 200 in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedener Aspekte. Der Zwischenkühlkreislauf 200 kann eine beispielhafte Konfiguration des in Bezug auf 1 beschriebenen Zwischenkühlkreislaufs 120 sein. Der Zwischenkühlkreislauf 200 kann eine Expansions-Kompressionsmaschine 202 aufweisen (z.B. eine beispielhafte Konfiguration der Expansions-Kompressionsmaschine 122, die in Bezug auf 1 beschrieben wurde). Der Zwischenkühlkreislauf 200 kann ein angepasster Zwischenkühlkreislauf sein (z.B. mit einer angepassten Expansions-Kompressionsmaschine 202), um eine Rückgewinnung des Lagermediums zu ermöglichen. Der Zwischenkühlkreislauf 200 kann in einigen Aspekten ein Unterkühlungskreislauf sein bzw. aufweisen. 2A and 2 B 12 each show an intermediate cooling circuit 200 in a schematic view according to various aspects. The intercooling cycle 200 may be an example configuration of the one referred to in FIG 1 be described intermediate cooling circuit 120. The intercooling circuit 200 may include an expansion-compression machine 202 (eg, an example configuration of the expansion-compression machine 122 described with respect to FIG 1 was described). The intercooling circuit 200 may be a customized intercooling circuit (eg, with a customized expansion-compression machine 202) to allow for recovery of the storage medium. The intercooling circuit 200 may, in some aspects, be or include a subcooling circuit.

Die Expansions-Kompressionsmaschine 202 kann einen Kompressionsabschnitt 204 und einen Expansionsabschnitt 206 aufweisen. Der Kompressionsabschnitt 204 kann derart eingerichtet sein, dass er ein Kältemittel komprimiert, welches am Zwischenkühlkreislauf 200 (z.B. an einem Einlass 208, z.B. von einem Basis-Kühlkreislauf, z.B. vom Basis-Kühlkreislauf 102) empfangen wird. Der Expansionsabschnitt 206 kann derart eingerichtet sein, dass er eine Expansion des (komprimierten) Kältemittels ermöglicht. Das expandierte Kältemittel kann an einem Auslass 210 des Zwischenkühlkreislaufs 200 bereitgestellt werden (z.B. zurück zum Basis-Kältekreislauf). Beispielsweise kann der Kompressionsabschnitt 204 derart eingerichtet sein, dass der Druck des Kältemittels erhöht (und das Volumen verringert) wird, und der Expansionsabschnitt 206 kann derart eingerichtet sein, dass der Druck des Kältemittels verringert (und das Volumen erhöht) wird. Als eine beispielhafte Konfiguration kann der Kompressionsabschnitt 204 einen Zahnrad-Verdichter oder Rollkolbenverdichter aufweisen (z.B. ein oder mehrere Zahnrad-Verdichter oder ein oder mehrere Rollkolbenverdichter), wie unten noch näher beschrieben wird. Als weitere beispielhafte Implementierung kann der Expansionsabschnitt einen Zahnrad-Expander (z.B. einen schnelllaufenden Zahnrad-Expander) aufweisen (z.B. ein oder mehrere Zahnrad-Expander). Als weitere beispielhafte Implementierung kann die Expansions-Kompressionsmaschine 202 ein oder mehrere Kolbenmaschinen aufweisen (z.B. zwei doppelt wirkenden Kolben, die mittels einer Kolbenstange verbunden sind).The expansion-compression machine 202 may include a compression section 204 and an expansion section 206 . The compression section 204 may be configured to compress refrigerant received at the intermediate cooling circuit 200 (eg, at an inlet 208, eg, from a base cooling circuit, eg, from the base cooling circuit 102). The expansion section 206 can be set up in such a way that it allows an expansion of the (compressed) refrigerant allows. The expanded refrigerant may be provided at an outlet 210 of the intercooling circuit 200 (eg, back to the base refrigeration circuit). For example, the compression section 204 may be configured to increase the pressure (and decrease the volume) of the refrigerant, and the expansion section 206 may be configured to decrease the pressure (and increase the volume) of the refrigerant. As an example configuration, the compression section 204 may include a gear compressor or rotary compressor (eg, one or more gear compressors or one or more rotary compressors), as described in more detail below. As another example implementation, the expansion section may include a gear expander (eg, a high speed gear expander) (eg, one or more gear expanders). As another example implementation, expansion-compression engine 202 may include one or more piston engines (eg, two double-acting pistons connected by a piston rod).

Der Kompressionsabschnitt 204 und der Expansionsabschnitt 206 können einen jeweiligen Einlass und einen jeweiligen Auslass aufweisen. Der Kompressionsabschnitt 204 kann derart eingerichtet sein, dass er Kältemittel am jeweiligen Einlass aufnimmt und das verdichtete Kältemittel am jeweiligen Auslass bereitstellt. Der Kompressionsabschnitt 204 kann derart eingerichtet sein, dass er das komprimierte Kältemittel zurück zu einem Basis-Kühlkreislauf (z.B. zu einem wärmeabgebenden Wärmeübertrager des Basis-Kühlkreislaufs) bereitstellt, um zum gesamten Kälteprozess beizutragen. Der Expansionsabschnitt 206 kann derart eingerichtet sein, dass er Kältemittel am jeweiligen Einlass aufnimmt und das expandierte Kältemittel am jeweiligen Auslass bereitstellt. Der Expansionsabschnitt 206 kann derart eingerichtet sein, dass er das expandierte Kältemittel zurück zu einem Basis-Kühlkreislauf (z.B. zu einer Expansionsvorrichtung oder zu einer Abscheidevorrichtung des Basis-Kühlkreislaufs) bereitstellt, um zum gesamten Kälteprozess beizutragen.The compression section 204 and the expansion section 206 may have a respective inlet and a respective outlet. The compression section 204 can be set up in such a way that it receives refrigerant at the respective inlet and provides the compressed refrigerant at the respective outlet. The compression section 204 may be configured to provide the compressed refrigerant back to a base refrigeration circuit (e.g., to a base refrigeration circuit exothermic heat exchanger) to contribute to the overall refrigeration process. The expansion section 206 can be set up in such a way that it receives refrigerant at the respective inlet and provides the expanded refrigerant at the respective outlet. The expansion section 206 may be configured to provide the expanded refrigerant back to a base refrigeration loop (e.g., to an expansion device or to a separator of the base refrigeration loop) to contribute to the overall refrigeration process.

Durch die Kompression und Expansion des Kältemittels kann Arbeit zurückgewonnen werden, welche zum Antrieb des Kompressionsabschnitts 204 und/oder anderer Komponenten des Zwischenkühlkreislaufs 200 (und/oder eines Basis-Kühlkreislaufs) verwendet werden kann.The compression and expansion of the refrigerant may recover work that may be used to power the compression section 204 and/or other components of the intercooling circuit 200 (and/or a base refrigeration circuit).

Der Kompressionsabschnitt 204 und der Expansionsabschnitt 206 können mittels ein oder mehreren Lager 212 miteinander verbunden sein. Die Expansions-Kompressionsmaschine 202 kann eingerichtet sein, eine Übertragung von Leistung vom Expansionsabschnitt 206 zum Kompressionsabschnitt 204 mittels der ein oder mehreren Lager 212 zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Arbeit (z.B. kinetische Energie), welche in dem Expansionsabschnitt 206 bei der Expansion des Kältemittels zurückgewonnen wird, über die ein oder mehreren Lager 212 auf den Kompressionsabschnitt 204 übertragen werden. Die durch die Expansion des Kältemittels bereitgestellte Energie kann in kinetische Energie umgewandelt werden. Beispielsweise kann bei der Expansion des Kältemittels in dem Expansionsabschnitt 206 (bei Verringerung der Temperatur des Kältemittels) Energie (z.B. Wärmeenergie) in kinetische Energie umgewandelt werden. Arbeit aus der Expansion (z.B. aus der Gasexpansion) kann gewonnen werden.The compression section 204 and the expansion section 206 may be coupled together by one or more bearings 212 . The expansion-compression engine 202 may be configured to facilitate a transfer of power from the expansion section 206 to the compression section 204 via the one or more bearings 212 . For example, the work (e.g., kinetic energy) recovered in the expansion section 206 as the refrigerant expands may be transferred to the compression section 204 via the one or more bearings 212 . The energy provided by the expansion of the refrigerant can be converted into kinetic energy. For example, as the refrigerant expands in the expansion section 206 (as the temperature of the refrigerant decreases), energy (e.g., thermal energy) may be converted to kinetic energy. Work from the expansion (e.g. from gas expansion) can be gained.

Als Beispiele können die ein oder mehreren Lager 212 hydrostatische Gleitlager, Kugellager oder Nadellager (ölgeschmiert oder ölfrei) aufweisen (z.B. können sie als solche ausgeführt sein). Die ein oder mehreren Lager 212 können eine Welle aufweisen (oder eine Mehrzahl von Wellen), welche den Expansionsabschnitt 206 und den Kompressionsabschnitt 204 miteinander verbindet (z.B. die Welle kann frei drehbar in einem Gehäuse gelagert sein).As examples, the one or more bearings 212 may include (e.g., they may be embodied) hydrostatic sleeve bearings, ball bearings, or needle bearings (oil-lubricated or oil-free). The one or more bearings 212 may include a shaft (or a plurality of shafts) interconnecting the expansion section 206 and the compression section 204 (e.g., the shaft may be freely rotatably supported in a housing).

Die Rückgewinnung von Arbeit kann den Antrieb des Kompressionsabschnitts 204 ermöglichen oder zu dessen Antrieb beitragen, wodurch der Gesamtenergieverbrauch des Kreislaufs reduziert wird. In einer beispielhaften Ausführung kann der Expansionsabschnitt 206 eingerichtet sein, Expansionsarbeit von dem Kältemittel in Form einer Impulsübertragung und/oder nach dem Verdrängerprinzip dem Kompressionsabschnitt 204 bereitzustellen. Anschaulich kann die Expansionsarbeit sowohl gleichzeitig in Form einer Impulsübertragung als auch nach dem Verdrängerprinzip vom Fluid an die Maschine stattfinden, oder nur nach einem der beiden Prinzipien.The recovery of work may enable or help drive the compression section 204, thereby reducing the overall energy consumption of the cycle. In an exemplary embodiment, the expansion section 206 can be configured to provide expansion work from the refrigerant to the compression section 204 in the form of momentum transfer and/or according to the displacement principle. Clearly, the expansion work can take place both simultaneously in the form of an impulse transfer and according to the displacement principle from the fluid to the machine, or only according to one of the two principles.

Gemäß verschiedenen Aspekten können die ein oder mehreren Lager 212 ein Lagermedium aufweisen, z.B. kann ein Lagermedium in den ein oder mehreren Lagern 212 (z.B. in mindestens einem oder in jedem der ein oder mehreren Lager) fließen oder vorhanden (z.B. umlaufend) sein. Das Lagermedium kann die Reibung in den ein oder mehreren Lagern 212 (z.B. die Reibung zwischen der Welle und dem Gehäuse) verringern oder beseitigen und so Schäden und Fehlfunktionen der Expansions-Kompressionsmaschine 202 reduzieren bzw. verhindern.In various aspects, the one or more bearings 212 may include a bearing medium, e.g., a bearing medium may flow or be present (e.g., circulating) in the one or more bearings 212 (e.g., in at least one or in each of the one or more bearings). The bearing media can reduce or eliminate friction in the one or more bearings 212 (e.g., friction between the shaft and the housing), thereby reducing or preventing damage and malfunction of the expansion-compression machine 202.

Die Expansions-Kompressionsmaschine 202 kann derart eingerichtet sein, dass sie eine zumindest teilweise Rückgewinnung des Lagermediums ermöglicht. Die Expansions-Kompressionsmaschine 202 kann eine (zusätzliche) Leitung 214 aufweisen (z.B. ein zusätzliches Rohr, einen zusätzlichen Kanal), welche derart eingerichtet ist, dass sie eine Rückgewinnung zumindest eines Teils des Lagermediums (aus den ein oder mehreren Lagern 212) ermöglicht. Die Leitung 214 kann mit den ein oder mehreren Lagern 212 verbunden sein (z.B. mit mindestens einem oder mehr als einem oder jedem der ein oder mehreren Lager 212), so dass zumindest ein Teil des Lagermediums von den ein oder mehreren Lagern 212 in die Leitung 214 strömen kann. Die Leitung 214 kann eine Rezirkulation des zurückgewonnenen Lagermediums ermöglichen, z.B. in den Zwischenkühlkreislauf 200 oder in Richtung der Außenseite der Expansions-Kompressionsmaschine 202, z.B. in Richtung der Außenseite des Zwischenkühlkreislaufs 200 (z.B. in einen Basis-Kühlkreislauf).The expansion-compression machine 202 can be set up in such a way that it enables at least partial recovery of the stored medium. The expansion-compression machine 202 may include an (extra) conduit 214 (e.g., an extra pipe, an extra Channel) which is set up in such a way that it allows a recovery of at least a part of the storage medium (from the one or more camps 212). Conduit 214 may be connected to the one or more bearings 212 (e.g., to at least one or more than one or each of the one or more bearings 212) such that at least a portion of the storage medium from the one or more bearings 212 is introduced into the conduit 214 can flow. Conduit 214 may allow for recirculation of the recovered storage fluid, eg, into the intercooler circuit 200 or toward the outside of the expansion-compression machine 202, eg, toward the outside of the intercooler circuit 200 (eg, into a base refrigeration circuit).

Die Leitung 214 kann als eine zusätzliche Druckleitung verstanden werden, in welcher Lagermedium fließen kann. Das Lagermedium in der Leitung 214 kann sich auf einem Zwischendruckniveau in Bezug auf ein Kältemittel in einem Basis-Kühlkreislauf (z.B. im Basis-Kühlkreislauf 102) befinden. Beispielsweise kann sich das Lagermedium in der Leitung 214 auf einem Druckniveau zwischen einem maximalen und einem minimalen Druck befinden, bei dem sich das Kältemittel im Basis-Kühlkreislauf befindet. Als numerisches Beispiel kann das Lagermedium in der Leitung 214 einen Druck von etwa 0,3 bar, z.B. von etwa 0,4 bar, aufweisen.The line 214 can be understood as an additional pressure line in which storage medium can flow. The storage medium in line 214 may be at an intermediate pressure level with respect to a refrigerant in a base refrigeration circuit (e.g., base refrigeration circuit 102). For example, the storage medium in the line 214 can be at a pressure level between a maximum and a minimum pressure at which the refrigerant in the base cooling circuit is located. As a numerical example, the storage medium in line 214 may have a pressure of about 0.3 bar, for example about 0.4 bar.

Die Leitung 214 kann gemäß einer gewünschten weiteren Verwendung des zurückgewonnenen Lagermediums eingerichtet sein bzw. werden. In einigen Aspekten kann die Leitung 214 eingerichtet sein, den mindestens einen Teil des Lagermediums in den Zwischenkühlkreislauf 200 (z.B. in den Unterkühlungskreislauf) zuzuführen. In einigen Aspekten kann die Leitung 214 zusätzlich oder alternativ derart eingerichtet sein, dass es den Teil des Lagermediums einem Basis-Kühlkreislauf zuführt, der mit dem Zwischenkühlkreislauf gekoppelt ist (z.B. dem Basis-Kühlkreislauf 102). Die Konfiguration der Leitung 214 kann auch in Abhängigkeit von der Art des Lagermediums, welches in den ein oder mehreren Lagern 212 vorhanden ist, gewählt werden.Conduit 214 may be configured according to a desired further use of the recovered storage medium. In some aspects, the line 214 may be configured to supply the at least a portion of the storage medium into the intercooling circuit 200 (e.g., into the subcooling circuit). In some aspects, line 214 may additionally or alternatively be configured to deliver the portion of the storage medium to a base cooling circuit that is coupled to the intermediate cooling circuit (e.g., base cooling circuit 102). The configuration of the conduit 214 may also be chosen depending on the type of storage media present in the one or more bearings 212 .

In einigen Aspekten kann das Lagermedium ein Schmiermittel, z.B. Öl (z.B. Kältemittelöl, Öl gemischt mit einem Kältemittel), aufweisen bzw. aus Öl bestehen. In dieser Konfiguration kann der Zwischenkühlkreislauf 200 einen Ölabscheider (nicht dargestellt, auch als Ölsammler bezeichnet) aufweisen, und die Leitung 214 kann derart eingerichtet sein, dass sie das zurückgewonnene Lagermedium dem Ölabscheider zuführt. Der Ölabscheider kann derart eingerichtet sein, dass er das Öl von Gas trennt, das im Lagermedium vorhanden sein kann, und so ein effektiveres Schmiermittel bereitstellt. Der Ölabscheider kann derart eingerichtet sein, dass er das (abgetrennte) Öl wieder den ein oder mehreren Lagern 212 und/oder der Außenseite des Zwischenkühlkreislaufs 200 zuführt (z.B. zur Schmierung einer oder mehrerer Komponenten eines Basis-Kühlkreislaufs, z.B. des Basis-Kühlkreislaufs 102). Anschaulich kann das abzuführende Lagermedium (Öl) in den Ölabscheider geführt werden und Öl aus dem Ölabscheider kann zur Schmierung genutzt werden. In dieser Konfiguration kann die zusätzliche Leitung 214 somit (in Kombination mit dem Ölabscheider) für eine Reinigung des Lagermediums sorgen und so das Risiko von Fehlfunktionen verringern oder verhindern.In some aspects, the bearing medium may include or consist of a lubricant, e.g., oil (e.g., refrigerant oil, oil mixed with a refrigerant). In this configuration, the intercooling circuit 200 may include an oil separator (not shown, also referred to as an oil receiver) and the line 214 may be configured to deliver the recovered bearing fluid to the oil separator. The oil separator can be arranged to separate the oil from gas that may be present in the bearing medium, thus providing a more effective lubricant. The oil separator can be set up in such a way that it feeds the (separated) oil back to the one or more bearings 212 and/or to the outside of the intermediate cooling circuit 200 (e.g. to lubricate one or more components of a basic cooling circuit, e.g. the basic cooling circuit 102). . Clearly, the storage medium to be discharged (oil) can be fed into the oil separator and oil from the oil separator can be used for lubrication. In this configuration, the additional line 214 (in combination with the oil separator) can thus ensure cleaning of the storage medium and thus reduce or prevent the risk of malfunctions.

In einigen Aspekten kann das Lagermedium ein Kältemittel aufweisen (z.B. ein Medium, das als Kältemittel verwendet werden kann), z.B. ein flüssiges Kältemittel, ein überkritisches Kältemittel, ein gasförmiges Kältemittel oder ein Kältemittel-Öl-Gemisch. Beispielsweise kann das Lagermedium Kohlenstoffdioxid aufweisen, z.B. flüssiges Kohlenstoffdioxid (verflüssigtes CO₂ unter Hochdruck). Alternativ kann das Lagermedium ein Kohlenwasserstoff aufweisen. In dieser Konfiguration kann die Expansions-Kompressionsmaschine 202 als „quasi trockenlaufende Maschine“ eingerichtet sein. In dieser Konfiguration kann die Leitung 214 derart eingerichtet sein, dass sie das Lagermedium im Zwischenkühlkreislauf 200 (siehe auch 2B) rezirkuliert, z.B. dass sie das Lagermedium dem Kompressionsabschnitt 204 der Expansions-Kompressionsmaschine 202 wieder zuführt (z.B. durch einen Unterkühler 216). In dem Fall, dass das Lagermedium als Kältemittel verwendet werden kann, kann die Leitung 214 es ermöglichen, das Lagermedium im Kreislauf zuzuführen, um zum Kühlprozess beizutragen (z.B. zu einem im Zwischenkühlkreislauf und/oder in einem Basis-Kühlkreislauf ausgeführten Kühlprozess).In some aspects, the storage medium may include a refrigerant (eg, a medium that can be used as a refrigerant), eg, a liquid refrigerant, a supercritical refrigerant, a gaseous refrigerant, or a refrigerant-oil mixture. For example, the storage medium may include carbon dioxide, such as liquid carbon dioxide (liquefied CO ₂ under high pressure). Alternatively, the storage medium can include a hydrocarbon. In this configuration, the expansion-compression machine 202 can be set up as a “quasi-dry running machine”. In this configuration, the line 214 can be set up in such a way that it carries the storage medium in the intercooling circuit 200 (see also 2 B) recirculated, eg, by returning the storage medium to the compression section 204 of the expansion-compression machine 202 (eg, through a subcooler 216). In the event that the storage medium may be used as a refrigerant, line 214 may allow the storage medium to be recirculated to contribute to the cooling process (eg, a cooling process performed in the intermediate cooling circuit and/or in a base cooling circuit).

In einigen Aspekten, wie in 2B dargestellt, kann der Zwischenkühlkreislauf 200 einen Wärmeübertrager 216 (z.B. einen Unterkühler) aufweisen. Der Wärmeübertrager 216 kann derart eingerichtet sein, dass ein in dem Wärmeübertrager 216 strömendes Kältemittel Wärme abgibt, so dass die Temperatur des Kältemittels bis zu einem Unterkühlungsbereich (z.B. unter 31°C, falls das Kältemittel und/oder das Lagermedium CO₂ aufweist) sinken kann. Der Wärmeübertrager 216 kann eine ähnliche Konfiguration wie der in Bezug auf 1 beschriebene wärmeabgebende Wärmeübertrager 106. Der Wärmeübertrager 216 kann derart eingerichtet sein, dass er Kältemittel von der Außenseite des Zwischenkühlkreislaufs 200 (am Einlass 208) empfängt, und das unterkühlte Kältemittel kann am Auslass 210 des Zwischenkühlkreislaufs 200 bereitgestellt werden. In einem beispielhaften Szenario kann das CO₂ aus einem hydrostatischen Lager für den Zwischenkreislauf auf Zwischendruckniveau für den Unterkühler genutzt werden.In some aspects, as in 2 B shown, the intermediate cooling circuit 200 can have a heat exchanger 216 (eg a subcooler). The heat exchanger 216 can be set up in such a way that a refrigerant flowing in the heat exchanger 216 gives off heat, so that the temperature of the refrigerant can drop to a subcooling range (eg below 31° C. if the refrigerant and/or the storage medium contains CO ₂ ). . The heat exchanger 216 may have a configuration similar to that referred to in FIG 1 described exothermic heat exchanger 106. The heat exchanger 216 can be configured such that it receives refrigerant from the outside of the intercooling circuit 200 (at the inlet 208), and the subcooled refrigerant can be provided at the outlet 210 of the intercooling circuit 200. In an example scenario, the CO ₂ from a hydrostatic bearing for the interim schenkreis be used at intermediate pressure level for the subcooler.

In der Konfiguration in 2B kann die Leitung 214 derart eingerichtet sein, dass sie das zurückgewonnene Lagermedium dem Wärmeübertrager 216 zuführt, z.B. kann die Leitung 214 mit einem Einlass des Wärmeübertragers 216 verbunden sein. Das Lagermedium (z.B. als Kältemittel verwendbar, z.B. CO₂) kann zur Unterkühlung des Kältemittels im Wärmeübertrager 216 beitragen. Beispielsweise kann das Lagermedium, das in einen Strömungsweg des Wärmeübertragers 216 strömt, Wärme mit dem Kältemittel austauschen, das in einen anderen Strömungsweg des Wärmeübertragers 216 strömt, und so zur Unterkühlung beitragen. Das Lagermedium kann, nachdem es Wärme ausgetauscht hat, dem Kompressionsabschnitt 204 der Expansions-Kompressionsmaschine 202 zugeführt werden, und das komprimierte Lagermedium kann zurück zur Außenseite des Zwischenkühlkreislaufs 200 (z.B. an einem anderen Auslass 218), z.B. zum Basis-Kühlkreislauf, bereitgestellt werden. Anschaulich kann das abzuführende Lagermedium (z.B. CO₂) in den Zwischenkreislauf zur Verdampfung geführt werden.In the configuration in 2 B the line 214 can be set up in such a way that it supplies the recovered storage medium to the heat exchanger 216 , eg the line 214 can be connected to an inlet of the heat exchanger 216 . The storage medium (eg usable as a refrigerant, eg CO ₂ ) can contribute to the supercooling of the refrigerant in the heat exchanger 216 . For example, the bearing medium flowing into one flow path of the heat exchanger 216 may exchange heat with the refrigerant flowing into another flow path of the heat exchanger 216, thereby contributing to subcooling. The storage medium, after exchanging heat, may be supplied to the compression section 204 of the expansion-compression machine 202, and the compressed storage medium may be provided back to the outside of the intermediate refrigeration circuit 200 (e.g., at another outlet 218), e.g., to the base refrigeration circuit. Clearly, the storage medium to be discharged (eg CO ₂ ) can be fed into the intermediate circuit for evaporation.

Es versteht sich, dass die Konfiguration des Zwischenkühlkreislaufs 200 in 2A und 2B beispielhaft ist und der Zwischenkühlkreislauf 200 zusätzliche oder alternative Komponenten aufweisen kann, z.B. einen zusätzlichen Wärmeübertrager, eine Expansionsvorrichtung, eine Abscheidevorrichtung usw., während die hierin beschriebene Anpassung gewährleistet ist.It is understood that the configuration of the intercooling circuit 200 in 2A and 2 B is exemplary and the intercooling circuit 200 may include additional or alternative components, eg, an additional heat exchanger, an expansion device, a separation device, etc., while providing the customization described herein.

Eine Konfiguration einer Expansions-Kompressionsmaschine gemäß verschiedenen Aspekten wird in Bezug auf 3A bis 3C noch näher erläutert. Die in 3A bis 3C dargestellte Konfiguration kann zusätzlich oder alternativ zu der in 2A und 2B dargestellten Konfiguration vorgesehen sein, z.B. zusätzlich oder alternativ zu der zusätzlichen Leitung, welche die Rückgewinnung des Lagermediums ermöglicht.A configuration of an expansion-compression machine according to various aspects is described with reference to FIG 3A until 3C explained in more detail. In the 3A until 3C The configuration shown can be used in addition or as an alternative to that in 2A and 2 B be provided configuration shown, for example, in addition to or as an alternative to the additional line, which allows the recovery of the storage medium.

3A zeigt eine Expansions-Kompressionsmaschine 300 in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedener Aspekte. Die Expansions-Kompressionsmaschine 300 kann eine beispielhafte Konfiguration einer Expansions-Kompressionsmaschine zur Verwendung in einem Kühlungssystem (z.B. in einem Zwischenkühlkreislauf) sein, z.B. eine beispielhafte Konfiguration der Expansions-Kompressionsmaschine 122, 202, die in Bezug auf 1 bis 2B beschrieben wurde. Die Expansions-Kompressionsmaschine 300 kann einen Kompressionsabschnitt 302 und einen Expansionsabschnitt 304 aufweisen, welche mittels ein oder mehrerer Lager 306 (z.B. aufweisend ein oder mehrere Wellen) miteinander gekoppelt sind. In den ein oder mehreren Lagern 306 kann ein Lagermedium vorhanden und/oder fließend sein, wie in Bezug auf 2A und 2B beschrieben wurde. 3A 12 shows an expansion-compression machine 300 in a schematic view according to various aspects. The expansion-compression machine 300 may be an example configuration of an expansion-compression machine for use in a refrigeration system (eg, in an intercooling circuit), eg, an example configuration of the expansion-compression machine 122, 202 described with respect to FIG 1 until 2 B was described. The expansion-compression machine 300 may include a compression section 302 and an expansion section 304 coupled together by one or more bearings 306 (eg, comprising one or more shafts). A storage medium may be present and/or fluent in the one or more bearings 306, as with reference to FIG 2A and 2 B was described.

In der Konfiguration in 3A (siehe auch 3B und 3C) kann der Kompressionsabschnitt 302 als ein Zahnrad-Verdichter eingerichtet sein (z.B. aufweisend ein Zahnrad 308 oder eine Vielzahl von Zahnrädern, die miteinander eingreifen), und der Expansionsabschnitt 304 kann als ein Zahnrad-Expander eingerichtet sein (z.B. aufweisend ein Zahnrads 310 oder eine Vielzahl von Zahnrädern, die miteinander eingreifen). Es versteht sich, dass die hierin in Bezug auf einen Zahnrad-Verdichter und/oder Zahnrad-Expander als Teil der Expansions-Kompressionsmaschine 300 beschriebenen Aspekte in ähnlicher Weise auch für einen einzelnen Zahnrad-Verdichter und/oder einen einzelnen Zahnrad-Expander (nicht Teil einer Expansions-Kompressionsmaschine) gelten können.In the configuration in 3A (see also 3B and 3C ), the compression section 302 may be configured as a gear compressor (e.g., comprising a gear 308 or a plurality of gears meshing with each other), and the expansion section 304 may be configured as a gear expander (e.g., comprising a gear 310 or a plurality of gears meshing with each other). It should be understood that the aspects described herein in relation to a gear compressor and/or gear expander as part of expansion-compression machine 300 apply in a similar manner to a single gear compressor and/or gear expander (not part an expansion-compression machine).

Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Expansions-Kompressionsmaschine 300 angepasst sein, um eine Beschleunigung eines in die Expansions-Kompressionsmaschine 300 eintretenden Kältemittels (z.B. eines in den Kompressionsabschnitt 302 eintretenden Kältemittels und/oder eines in den Expansionsabschnitt 304 eintretenden Kältemittels) bereitzustellen. Die Beschleunigung des Kältemittels kann die Effizienz des Kompressionsprozesses und/oder des Expansionsprozesses erhöhen (z.B. kann sie die für die Kompression erforderliche Energie reduzieren und/oder die bei der Expansion zurückgewonnene Energie erhöhen).In various aspects, the expansion-compression machine 300 may be adapted to provide acceleration of a refrigerant entering the expansion-compression machine 300 (e.g., a refrigerant entering the compression section 302 and/or a refrigerant entering the expansion section 304). Accelerating the refrigerant may increase the efficiency of the compression process and/or the expansion process (e.g., it may reduce the energy required for compression and/or increase the energy recovered in expansion).

3B und 3C zeigen jeweils einen Teil der Expansions-Kompressionsmaschine 300 in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedener Aspekte. Die in Bezug auf 3B und 3C beschriebenen Aspekte können für den Kompressionsabschnitt 302 und/oder für den Expansionsabschnitt 304 der Expansions-Kompressionsmaschine 300 gelten, z.B. können sie für einen Zahnrad-Verdichter 302 und/oder für einen Zahnrad-Expander 304 gelten. Beispielsweise können der Zahnrad-Verdichter 302 und/oder der Zahnrad-Expander 304 eine Schrägverzahnung aufweisen. Die Schrägverzahnung kann eine effizientere interne Expansion/Verdichtung ermöglichen, verglichen mit einer Volldruckmaschine. 3B and 3C 12 each show a part of the expansion-compression machine 300 in a schematic view according to different aspects. The regarding 3B and 3C Aspects described may apply to the compression section 302 and/or to the expansion section 304 of the expander-compression machine 300 , eg they may apply to a gear compressor 302 and/or to a gear expander 304 . For example, gear compressor 302 and/or gear expander 304 may include helical gearing. The helical gearing can allow for more efficient internal expansion/compression compared to a full pressure machine.

Die Beschleunigung des Kältemittels kann durch eine angepasste Konfiguration eines Einlasses/Auslasses erfolgen, durch welchen das Kältemittel fließt. Beispielhaft kann der Zahnrad-Verdichter 302 einen jeweiligen Einlassabschnitt 312 und einen jeweiligen Auslassabschnitt 316 aufweisen, und der Zahnrad-Expander 304 kann einen jeweiligen Einlassabschnitt 314 und einen jeweiligen Auslassabschnitt 318 aufweisen, die derart eingerichtet sein können, dass sie einem darin strömenden Kältemittel eine Beschleunigung verleihen. Als eine beispielhafte Implementierung kann der Einlassabschnitt 312, 314 (des Zahnrad-Verdichters 302 und/oder des Zahnrad-Expanders 304) einen Einlasskanal oder eine Einlassdüse aufweisen. Als weitere beispielhafte Umsetzung kann der Auslassabschnitt 316, 318 (des Zahnrad-Verdichters 302 und/oder des Zahnrad-Expanders 304) einen Auslasskanal oder eine Auslassdüse aufweisen.The acceleration of the refrigerant can be done by an adjusted configuration of an inlet/outlet through which the refrigerant flows. By way of example, the gear compressor 302 may have a respective inlet section 312 and a respective outlet section 316, and the gear expander 304 may have a respective inlet section 314 and a respective outlet section 318, which can be arranged in such a way that they impart an acceleration to a refrigerant flowing therein. As an example implementation, the inlet portion 312, 314 (of the gear compressor 302 and/or gear expander 304) may include an inlet duct or an inlet nozzle. As another example implementation, the outlet portion 316, 318 (of the gear compressor 302 and/or the gear expander 304) may include an outlet port or nozzle.

Wie in 3B dargestellt ist, kann in einigen Aspekten der Einlassabschnitt 312, 314 (des Zahnrad-Verdichters 302 und/oder des Zahnrad-Expanders 304) senkrecht zu dem Zahnrad 308, 310 sein, z.B. kann er senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Kältemittels innerhalb des Zahnrad-Verdichters 302 / Zahnrad-Expanders 304 angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Auslassabschnitt 316, 318 (des Zahnrad-Verdichters 302 und/oder des Zahnrad-Expanders 304) senkrecht zu dem Zahnrad 308, 310 sein, z.B. kann er senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kältemittels innerhalb des Zahnrad-Verdichters 302 / Zahnrad-Expanders 304 sein.As in 3B As illustrated, in some aspects, the inlet portion 312, 314 (of the gear compressor 302 and/or the gear expander 304) may be perpendicular to the gear 308, 310, eg, it may be perpendicular to a flow direction of refrigerant within the gear compressor 302 / gear expander 304 can be arranged. Additionally or alternatively, the outlet portion 316, 318 (of the gear compressor 302 and/or gear expander 304) may be perpendicular to the gear 308, 310, e.g., it may be perpendicular to the flow direction of refrigerant within the gear compressor 302/gear -Expanders 304 be.

Wie in 3C dargestellt ist, kann in einigen Aspekten der Einlassabschnitt 312, 314 diagonal in Bezug auf das Zahnrad 308, 310 sein, illustrativ kann der Einlassabschnitt 312, 314 in einem Winkel (größer als 0° und gleich oder kleiner als 90°) in Bezug auf das Zahnrad 308, 310 sein (z.B. in Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels innerhalb des Zahnrad-Verdichters 302 / Zahnrad-Expanders 304). Zusätzlich oder alternativ kann der Auslassabschnitt 316, 318 diagonal in Bezug auf das Zahnrad 308, 310 sein, illustrativ kann der Auslassabschnitt 316, 318 in einem Winkel (größer als 0° und gleich oder kleiner als 90°) in Bezug auf das Zahnrad 308, 310 sein (z.B. in Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels innerhalb des Zahnrad-Verdichters 302 / Zahnrad-Expanders 304). Der Winkel, in dem sich der Einlassabschnitt 312, 314 und/oder der Auslassabschnitt 316, 318 in Bezug auf das Zahnrad 308, 310 befindet, kann größer als 60° oder größer als 75° sein, um eine gewünschte Beschleunigung des Kältemittels zu erreichen. Beispielsweise kann für Expander und Kompressor ein diagonaler Kanal oder diagonal zum Zahnrad angeordnete Düse als Einlass oder Auslass genutzt werden kann, um die Impulsübertragung oder das Verdrängerprinzip bestmöglich auszunutzen.As in 3C As illustrated, in some aspects, the inlet portion 312, 314 can be diagonal with respect to the gear 308, 310; illustratively, the inlet portion 312, 314 can be at an angle (greater than 0° and equal to or less than 90°) with respect to the Be gear 308, 310 (eg in relation to the flow direction of the refrigerant within the gear compressor 302 / gear expander 304). Additionally or alternatively, the outlet portion 316, 318 can be diagonal with respect to the gear 308, 310, illustratively the outlet portion 316, 318 can be at an angle (greater than 0° and equal to or less than 90°) with respect to the gear 308, 310 (e.g. in relation to the direction of flow of the refrigerant within the gear compressor 302/gear expander 304). The angle at which the inlet portion 312, 314 and/or the outlet portion 316, 318 is located with respect to the gear 308, 310 may be greater than 60° or greater than 75° to achieve a desired acceleration of the refrigerant. For example, a diagonal channel or nozzle arranged diagonally to the gear wheel can be used as an inlet or outlet for expanders and compressors in order to make the best possible use of the momentum transmission or the displacement principle.

Es versteht sich, dass ein (erster) Winkel, in dem sich der Einlassabschnitt 312, 314 in Bezug auf das Zahnrad 308, 310 befindet, gleich oder unterschiedlich zu einem (zweiten) Winkel sein kann, in dem sich der Auslassabschnitt 316, 318 in Bezug auf das Zahnrad 308, 310 befindet.It will be appreciated that a (first) angle at which the inlet portion 312, 314 is located with respect to the gear 308, 310 may be the same as or different from a (second) angle at which the outlet portion 316, 318 is located in Reference to the gear 308, 310 is located.

Es versteht auch sich, dass die in 3B und 3C beschriebenen Aspekte miteinander kombiniert werden können, z.B. kann ein Zahnrad-Verdichter 302 / Zahnrad-Expander 304 einen von dem Einlassabschnitt 312, 314 oder dem Auslassabschnitt 316, 318 senkrecht in Bezug auf das Zahnrad 308, 310 und den anderen von dem Einlassabschnitt 312, 314 oder dem Auslassabschnitt 316, 318 diagonal in Bezug auf das Zahnrad 308, 310 aufweisen. Als weiteres Beispiel kann ein Zahnrad-Verdichter 302 / Zahnrad-Expander 304 einen von dem Einlassabschnitt 312, 314 oder dem Auslassabschnitt 316, 318 senkrecht oder diagonal in Bezug auf das Zahnrad 308, 310 und den anderen von dem Einlassabschnitt 312, 314 oder dem Auslassabschnitt 316, 318 parallel zur Strömungsrichtung des Kältemittels aufweisen (z.B. um eine Beschleunigung nur an einem von dem Einlassabschnitt 312, 314 oder dem Auslassabschnitt 316, 318 zu ermöglichen).It is also understood that the in 3B and 3C Aspects described can be combined with each other, e.g. a gear compressor 302 / gear expander 304 can have one of the inlet section 312, 314 or the outlet section 316, 318 perpendicular with respect to the gear 308, 310 and the other of the inlet section 312, 314 or the outlet portion 316,318 diagonally with respect to the gear 308,310. As another example, a gear compressor 302/gear expander 304 may have one of the inlet section 312, 314 or the outlet section 316, 318 perpendicular or diagonal with respect to the gear 308, 310 and the other of the inlet section 312, 314 or the outlet section 316, 318 parallel to the flow direction of the refrigerant (e.g. to allow acceleration at only one of the inlet section 312, 314 or the outlet section 316, 318).

Die Konfiguration des Einlassabschnitts 312, 314 und/oder des Auslassabschnitts 316, 318 kann dafür sorgen, dass das Kältemittel, das durch einen solchen angepassten Einlass/Auslass fließt, eine Beschleunigung erfährt (in Kombination mit der Drehbewegung der Zahnräder 308, 310).The configuration of the inlet section 312, 314 and/or the outlet section 316, 318 may cause the refrigerant flowing through such a matched inlet/outlet to experience acceleration (in combination with the rotational movement of the gears 308, 310).

Eine beispielhafte Anordnung eines Kältesystems, welches die oben beschriebene angepasste Konfiguration implementiert, wird in Bezug auf 4A und 4B beschrieben.An exemplary arrangement of a refrigeration system implementing the customized configuration described above is provided with reference to FIG 4A and 4B described.

4A und 4B zeigen jeweils ein Kühlungssystem 400a, 400b in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedener Aspekte. Das Kühlungssystem 400a, 400b kann eine beispielhafte Konfiguration des in Bezug auf 1 beschriebenen Kühlungssystems 100 sein. Das Kühlungssystem 400a, 400b kann einen Basis-Kühlkreislauf 402 und einen Zwischenkühlkreislauf 420a, 420b aufweisen (z.B. eine beispielhafte Konfiguration des Basis-Kühlkreislaufs 102 und des Zwischenkühlkreislaufs 120, 200, die in Bezug auf 1 bis 2B beschrieben wurden). 4A and 4B each show a cooling system 400a, 400b in a schematic view according to different aspects. The cooling system 400a, 400b may have an exemplary configuration of that referred to in FIG 1 cooling system 100 described. The cooling system 400a, 400b may include a base cooling circuit 402 and an intermediate cooling circuit 420a, 420b (eg, an exemplary configuration of the base cooling circuit 102 and the intermediate cooling circuit 120, 200 described with respect to FIG 1 until 2 B have been described).

Der Basis-Kühlkreislauf 402 kann einen Kompressor 404, einen wärmeabgebenden Wärmeübertrager 406 (z.B. einen Gaskühler), eine Expansionsvorrichtung 408 (z.B. ein Dosierventil) und einen wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 410 (z.B. einen Verdampfer) aufweisen. Die Komponenten des Basis-Kühlkreislaufs 402 können wie die Komponenten des Basis-Kühlkreislaufs 102 eingerichtet sein, die in Bezug auf 1 beschrieben wurden. In der Konfiguration in 4A und 4B kann der Basis-Kühlkreislauf 402 außerdem eine Abscheidevorrichtung 412 und eine weitere Expansionsvorrichtung 414 aufweisen. Die Abscheidevorrichtung 412 kann derart eingerichtet sein, dass sie (an einem ersten Auslass) flüssiges Kältemittel an die Expansionsvorrichtung 408 (und dann an den Verdampfer 410) bereitstellt, und dass sie (an einem zweiten Auslass) gasförmiges Kältemittel an die weitere Expansionsvorrichtung 414 (und dann an den Kompressor 404) bereitstellt.The base refrigeration circuit 402 may include a compressor 404, a heat releasing heat exchanger 406 (eg, a gas cooler), an expansion device 408 (eg, a metering valve), and a heat consuming heat exchanger 410 (eg, an evaporator). The components of the base cooling circuit 402 may be set up like the components of the base cooling circuit 102 described with respect to FIG 1 have been described. In the configuration in 4A and 4B the base cooling circuit 402 can also have a separating device 412 and a further expansion device 414 . The separating device 412 can be set up in such a way that it (at a first outlet) liquid refrigerant to the expansion device 408 (and then to the evaporator 410) and that it provides (at a second outlet) gaseous refrigerant to the further expansion device 414 (and then to the compressor 404).

Der Zwischenkühlkreislauf 420a, 420b kann als Unterkühlungskreislauf eingerichtet sein, z.B. eingerichtet, um Kältemittel (z.B. CO₂, nur als Beispiel) vom Basis-Kühlkreislauf 402 zu empfangen und das unterkühlte Kältemittel dem Basis-Kühlkreislauf 402 zuzuführen (z.B. der Abscheidevorrichtung 412 in der Konfiguration in 4A und 4B) .The intercooling circuit 420a, 420b may be configured as a subcooling circuit, e.g. configured to receive refrigerant (e.g. CO ₂ , for example only) from the base refrigeration circuit 402 and supply the subcooled refrigerant to the base refrigeration circuit 402 (e.g. the separating device 412 in the configuration in 4A and 4B) .

Der Zwischenkühlkreislauf 420a, 420b kann eine Expansions-Kompressionsmaschine 422a, 422b aufweisen, die einen Kompressionsabschnitt 424 (z.B. einen Kompressor, wie ein oder mehrere Zahnrad-Verdichter oder ein oder mehrere Rollkolbenverdichter) und einen Expansionsabschnitt 426 (z.B. einen Expander, wie ein oder mehrere Zahnrad-Expander oder ein oder mehrere Rollkolbenexpander) aufweisen kann. Der Kompressionsabschnitt 424 und der Expansionsabschnitt 426 können mittels ein oder mehrerer Lager 428 (z.B. aufweisend ein oder mehrere Wellen) miteinander verbunden sein.The intercooling circuit 420a, 420b may include an expansion-compression machine 422a, 422b having a compression section 424 (e.g., a compressor, such as one or more gear compressors or one or more rotary compressors) and an expansion section 426 (e.g., an expander, such as one or more Gear expander or one or more rotary piston expander) may have. Compression section 424 and expansion section 426 may be coupled together by one or more bearings 428 (e.g., comprising one or more shafts).

Der Zwischenkühlkreislauf 420a, 420b kann einen Wärmeübertrager 430 (einen Unterkühler) aufweisen, welcher derart eingerichtet ist, dass er eine Unterkühlung des im Wärmeübertrager 430 strömenden Kältemittels bewirkt. In der Konfiguration in 4A und 4B kann der Zwischenkühlkreislauf 420a, 420b eine Expansionsvorrichtung 432 (z.B. ein Ventil, wie ein elektronisches Expansionsventil) aufweisen, welche derart eingerichtet ist, dass sie einen Druck des in der Expansionsvorrichtung 432 strömenden Kältemittels reduziert. Ein erster Teil des im Zwischenkühlkreislauf 420a, 420b bereitgestellten Kältemittels kann (direkt) an den Wärmeübertrager 430 bereitgestellt werden, und ein zweiter Teil des Kältemittels kann an die Expansionsvorrichtung 432 (und dann an den Wärmeübertrager 430) bereitgestellt werden. Der erste Teil des Kältemittels kann in einem ersten Strömungsweg des Wärmeübertragers 430 strömen, und der zweite Teil des Kältemittels (mit einem niedrigeren Druck und somit mit einer niedrigeren Temperatur in Bezug auf den ersten Teil) kann in einem zweiten Strömungsweg des Wärmeübertragers 430 strömen. Der erste Teil des Kältemittels und der zweite Teil des Kältemittels können in einer Wärmeaustauschbeziehung zueinander stehen, so dass Wärme von dem ersten Teil auf den zweiten Teil übertragen werden kann. Der erste Teil des Kältemittels kann unterkühlt werden und dem Basis-Kühlkreislauf 402 (durch den Expander 426) wieder zugeführt werden. Der zweite Teil des Kältemittels kann komprimiert werden (mittels des Kompressors 424) und ebenfalls dem Basis-Kühlkreislauf 402 wieder zugeführt werden (um ihn dann in den Zwischenkühlkreislauf 420a, 420b zurückzuführen).The intermediate cooling circuit 420a, 420b can have a heat exchanger 430 (a subcooler) which is set up in such a way that it causes the refrigerant flowing in the heat exchanger 430 to be subcooled. In the configuration in 4A and 4B For example, the intercooling circuit 420a, 420b may include an expansion device 432 (eg, a valve such as an electronic expansion valve) configured to reduce a pressure of the refrigerant flowing in the expansion device 432. A first portion of the refrigerant provided in the intercooling circuit 420a, 420b may be provided (directly) to the heat exchanger 430, and a second portion of the refrigerant may be provided to the expansion device 432 (and then to the heat exchanger 430). The first portion of refrigerant may flow in a first flow path of heat exchanger 430 and the second portion of refrigerant (at a lower pressure and thus lower temperature relative to the first portion) may flow in a second flow path of heat exchanger 430 . The first portion of refrigerant and the second portion of refrigerant may be in a heat exchange relationship with each other such that heat may be transferred from the first portion to the second portion. The first portion of the refrigerant may be subcooled and returned to the base refrigeration loop 402 (through the expander 426). The second portion of the refrigerant may be compressed (by means of the compressor 424) and also returned to the base refrigeration circuit 402 (to then be returned to the intermediate refrigeration circuit 420a, 420b).

Das Kühlungssystem 400a in 4A kann gemäß einem konventionellen Ansatz eingerichtet sein, illustrativ ohne die Anpassung des Zwischenkühlkreislauf 420a und ohne die hier beschriebene Anpassung der Expansions-Kompressionsmaschine 422a.The cooling system 400a in 4A may be arranged according to a conventional approach, illustratively without the adaptation of the intercooling circuit 420a and without the adaptation of the expansion-compression machine 422a described herein.

Das Kühlungssystem 400b in 4B kann gemäß dem hierin beschriebenen angepassten Ansatz eingerichtet sein (mit einem angepassten Zwischenkühlkreislauf 420b), z.B. kann die Expansions-Kompressionsmaschine 422b in der Konfiguration in 4B eine zusätzliche Leitung 434 aufweisen (z.B. eingerichtet wie die zusätzliche Leitung 214, welche in Bezug auf 2A und 2B beschrieben wurde), um die Rückgewinnung von mindestens einem Teil eines in der Expansions-Kompressionsmaschine 422b verwendeten Lagermediums zu ermöglichen. Die Einbindung in 4B kann analog zur Einbindung in 4A erfolgen, mit dem Unterschied, dass eine zusätzliche Druckleitung für die Lagerung (z.B. mit CO₂) eingebunden wird.The cooling system 400b in 4B may be set up according to the adapted approach described herein (with an adapted intercooling circuit 420b), e.g. the expansion-compression machine 422b in the configuration in FIG 4B have an additional line 434 (e.g. set up like the additional line 214, which is described in relation to FIG 2A and 2 B described) to allow for the recovery of at least a portion of a storage medium used in expansion-compression machine 422b. The integration in 4B can be analogous to the integration in 4A take place, with the difference that an additional pressure line for storage (e.g. with CO ₂ ) is integrated.

In der Konfiguration in 4B kann die zusätzliche Leitung 434 derart eingerichtet sein, dass sie das zurückgewonnene Lagermedium dem Wärmeübertrager 430 (z.B. dem zweiten Strömungsweg, dem auch der zweite Teil des Kältemittels zugeführt werden kann) zuführt und so zum Unterkühlungsprozess beiträgt. Das Kühlungssystem 400b in 4B kann daher einen verbesserten Betrieb in Bezug auf das Kühlungssystem 400a in 4A ermöglichen, z.B. mit einem höheren Grad an Unterkühlung und/oder mit einer energieeffizienteren Unterkühlung. Es versteht sich, dass andere Konfigurationen der zusätzlichen Leitung 434 vorgesehen werden können, wie oben in Bezug auf die Leitung 214 beschrieben wurde, z.B. um das zurückgewonnene Lagermedium einem Ölabscheider zuzuführen, als weiteres Beispiel.In the configuration in 4B the additional line 434 can be set up in such a way that it feeds the recovered storage medium to the heat exchanger 430 (eg the second flow path, to which the second part of the refrigerant can also be fed) and thus contributes to the supercooling process. The cooling system 400b in 4B can therefore provide improved operation with respect to the cooling system 400a in 4A allow, for example, with a higher degree of subcooling and/or with a more energy efficient subcooling. It is understood that other configurations of the additional line 434 may be provided, as described above in relation to the line 214, eg to feed the recovered storage medium to an oil separator, as another example.

Die hierin beschriebene angepasste Konfiguration kann Pulsationen und Vibrationen minimieren, z.B. durch (schrägverzahnte) Zahnradexpansions- und Kompressionsmaschine (Zahnrad-Expander und Zahnrad-Verdichter). Eine hohe und gleichmäßige Laufruhe durch rotierende Teile ohne oszillierende Teile kann erreicht werden (verglichen mit Kolbenmaschinen oder Scrollmaschinen). Es werden keine Schieber/Ein-/Auslassventile für die Expanderseite benötigt. Die Lagerreibungskräfte können trotz trockenlaufender Maschine mit Kältemittel, z.B. niderigstviskosem CO₂, minimiert werden. Das CO₂ im hydrostatischem Lager kann zur hocheffizienten Kühlung der Maschine genutzt werden (wesentlich effektiver als mit Öl möglich).The adapted configuration described herein can minimize pulsations and vibrations, for example due to (helical) gear expansion and compression machines (gear expanders and gear compressors). A high and even running smoothness can be achieved by rotating parts without oscillating parts (compared to piston machines or scroll machines). No spool/inlet/outlet valves are required for the expander side. Despite the machine running dry, the bearing friction forces can be minimized with refrigerant, eg CO ₂ of the lowest viscosity. The CO ₂ in the hydrostatic bearing can be used for highly efficient cooling of the machine (much more effectively than is possible with oil).

Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf das vorangehend Beschriebene und Dargestellte beziehen (z.B. auf das Kühlungssystem 100, 400a, 400b, auf den Zwischenkühlkreislauf 120, 220, 420a, 420b und/oder auf die Expansions-Kompressionsmaschine 122, 202, 300, 422a, 422b) .Various examples are described below that relate to what has been described and illustrated above (e.g. to the cooling system 100, 400a, 400b, to the intermediate cooling circuit 120, 220, 420a, 420b and/or to the expansion-compression machine 122, 202, 300 , 422a, 422b).

Beispiel 1 ist ein Kühlungssystem aufweisend: einen Basis-Kühlkreislauf, und einen Unterkühlungskreislauf, welcher eingerichtet ist, Kältemittel zu unterkühlen und das unterkühlte Kältemittel dem Basis-Kühlkreislauf bereitzustellen, wobei der Unterkühlungskreislauf eine Expansions-Kompressionsmaschine aufweist, welche einen Kompressionsabschnitt und einen Expansionsabschnitt aufweist, wobei die Expansions-Kompressionsmaschine eingerichtet ist, eine Übertragung von Leistung vom Expansionsabschnitt zum Kompressionsabschnitt mittels ein oder mehreren Lager zu ermöglichen, wobei die Expansions-Kompressionsmaschine eine Leitung aufweist, welche mit den ein oder mehreren Lagern (z.B. mit mindestens einem Lager der ein oder mehreren Lager) gekoppelt und eingerichtet ist, mindestens einen Teil eines in die ein oder mehreren Lager umlaufenden Lagermediums in den Unterkühlungskreislauf zuzuführen.Example 1 is a refrigeration system comprising: a base refrigeration cycle, and a subcooling cycle configured to subcool refrigerant and provide the subcooled refrigerant to the base refrigeration cycle, the subcooling cycle having an expansion-compression machine having a compression section and an expansion section, wherein the expansion-compression machine is set up to enable a transmission of power from the expansion section to the compression section by means of one or more bearings, wherein the expansion-compression machine has a line which is connected to the one or more bearings (e.g. to at least one bearing of the one or more Bearing) is coupled and set up to supply at least part of a circulating in the one or more bearing storage medium in the supercooling circuit.

In Beispiel 2 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 1 optional ferner aufweisen, dass der Kompressionsabschnitt ein oder mehrere Zahnrad-Verdichter oder ein oder mehrere Rollkolbenverdichter aufweist und/oder wobei der Expansionsabschnitt ein oder mehrere Zahnrad-Expander aufweist.In Example 2, the refrigeration system of Example 1 may optionally further include the compression section including one or more gear compressors or one or more rotary compressors and/or wherein the expansion section includes one or more gear expanders.

In Beispiel 3 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 2 optional ferner aufweisen, dass der Zahnrad-Expander und/oder der Zahnrad-Verdichter eine Schrägverzahnung aufweist.In example 3, the cooling system according to example 2 can optionally further include the gear expander and/or the gear compressor having helical gearing.

In Beispiel 4 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 2 oder 3 optional ferner aufweisen, dass der Zahnrad-Verdichter einen Einlassabschnitt aufweist, welcher diagonal zu dem Zahnrad angeordnet ist, und/oder dass der Zahnrad-Verdichter einen Auslassabschnitt aufweist, welcher diagonal zu dem Zahnrad angeordnet ist.In example 4, the refrigeration system according to example 2 or 3 can optionally further comprise that the gear compressor has an inlet section which is arranged diagonally to the gear wheel and/or that the gear compressor has an outlet section which is arranged diagonally to the gear wheel is.

In Beispiel 5 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 4 optional ferner aufweisen, dass der Einlassabschnitt in einem Winkel im Bereich von 60° bis 90° in Bezug auf dem Zahnrad angeordnet ist, und/oder dass der Auslassabschnitt in einem Winkel im Bereich von 60° bis 90° in Bezug auf dem Zahnrad angeordnet ist.In example 5, the cooling system according to example 4 can optionally further comprise that the inlet section is arranged at an angle in the range of 60° to 90° with respect to the gear wheel, and/or that the outlet section is arranged at an angle in the range of 60° to 90° with respect to the gear wheel.

In Beispiel 6 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 4 oder 5 optional ferner aufweisen, dass der Einlassabschnitt einen Einlasskanal oder eine Einlassdüse aufweist, und/oder dass der Auslassabschnitt einen Auslasskanal oder eine Auslassdüse aufweist.In example 6, the cooling system according to example 4 or 5 can optionally further comprise that the inlet section has an inlet channel or an inlet nozzle, and/or that the outlet section has an outlet channel or an outlet nozzle.

In Beispiel 7 kann das Kühlungssystem gemäß einem der Beispiele 2 bis 6 optional ferner aufweisen, dass der Zahnrad-Expander einen Einlassabschnitt aufweist, welcher diagonal zu dem Zahnrad angeordnet ist, und/oder dass der Zahnrad-Expander einen Auslassabschnitt aufweist, welcher diagonal zu dem Zahnrad angeordnet ist.In example 7, the cooling system according to any one of examples 2 to 6 can optionally further comprise that the gear expander has an inlet section which is arranged diagonally to the gear and/or that the gear expander has an outlet section which is arranged diagonally to the Gear is arranged.

In Beispiel 8 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 7 optional ferner aufweisen, dass der Einlassabschnitt in einem Winkel im Bereich von 60° bis 90° in Bezug auf dem Zahnrad angeordnet ist, und/oder dass der Auslassabschnitt in einem Winkel im Bereich von 60° bis 90° in Bezug auf dem Zahnrad angeordnet ist.In example 8, the cooling system according to example 7 can optionally further comprise that the inlet section is arranged at an angle in the range of 60° to 90° with respect to the gear wheel, and/or that the outlet section is arranged at an angle in the range of 60° to 90° with respect to the gear wheel.

In Beispiel 9 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 7 oder 8 optional ferner aufweisen, dass der Einlassabschnitt einen Einlasskanal oder eine Einlassdüse aufweist, und/oder dass der Auslassabschnitt einen Auslasskanal oder eine Auslassdüse aufweist.In example 9, the cooling system according to example 7 or 8 can optionally further comprise that the inlet section has an inlet channel or an inlet nozzle, and/or that the outlet section has an outlet channel or an outlet nozzle.

In Beispiel 10 kann das Kühlungssystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 9 optional ferner aufweisen, dass die ein oder mehrere Lager als hydrostatischen Gleitlager oder Kugellager oder Nadellager ausgeführt sind.In example 10, the cooling system according to one of examples 1 to 9 can optionally also have that the one or more bearings are designed as hydrostatic plain bearings or ball bearings or needle bearings.

In Beispiel 11 kann das Kühlungssystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 10 optional ferner aufweisen, dass das Lagermedium ein flüssiges Kältemittel, ein überkritisches Kältemittel, ein gasförmiges Kältemittel oder ein Kältemittel-Öl-Gemisch aufweist.In Example 11, the refrigeration system according to any one of Examples 1 to 10 can optionally further include the storage medium including a liquid refrigerant, a supercritical refrigerant, a gaseous refrigerant, or a refrigerant-oil mixture.

In Beispiel 12 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 11 optional ferner aufweisen, dass das Lagermedium verflüssigtes Kohlenstoffdioxid oder ein Kohlenwasserstoff aufweist.In Example 12, the refrigeration system of Example 11 may optionally further include the storage medium including liquefied carbon dioxide or a hydrocarbon.

In Beispiel 13 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 11 oder 12 optional ferner aufweisen, dass die Leitung eingerichtet ist, das Lagermedium dem Kompressionsabschnitt der Expansions-Kompressionsmaschine (wieder) zuzuführen.In example 13, the refrigeration system according to example 11 or 12 can optionally further comprise that the line is configured to (re)supply the storage medium to the compression section of the expansion-compression machine.

In Beispiel 14 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 13 optional ferner aufweisen, dass sich das Lagermedium in der Leitung auf einem Zwischendruckniveau im Vergleich zu einem Druckniveau des Basis-Kühlkreislaufs befindet.In example 14, the cooling system according to example 13 can optionally further have that the storage medium in the line is at an intermediate pressure level compared to a pressure level of the base cooling circuit.

In Beispiel 15 kann das Kühlungssystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 10 optional ferner aufweisen, dass das Lagermedium Öl aufweist bzw. aus Öl besteht (ein Kältemittelöl, wie z.B. ein Silikon-Öl).In example 15, the cooling system according to any one of examples 1 to 10 can optionally further have that the storage medium has oil or consists of oil (a refrigerant oil, such as a silicone oil).

In Beispiel 16 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 15 optional ferner aufweisen, dass der Unterkühlungskreislauf einen Ölabscheider aufweist und der Ölabscheider eingerichtet ist, Öl (Kältemittelöl) den ein oder mehreren Lagern bereitzustellen.In Example 16, the refrigeration system according to Example 15 may optionally further include the subcooling circuit including an oil separator, and the oil separator configured to provide oil (refrigerant oil) to the one or more bearings.

In Beispiel 17 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 16 optional ferner aufweisen, dass die Leitung eingerichtet ist, das Lagermedium dem Ölabscheider (wieder) zuzuführen.In example 17, the cooling system according to example 16 can optionally further have that the line is set up to (re)supply the storage medium to the oil separator.

In Beispiel 18 kann das Kühlungssystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 17 optional ferner aufweisen, dass der Expansionsabschnitt eingerichtet ist, Expansionsarbeit von dem Kältemittel in Form einer Impulsübertragung und/oder nach dem Verdrängerprinzip dem Kompressionsabschnitt bereitzustellen.In example 18, the cooling system according to one of examples 1 to 17 can optionally further have that the expansion section is set up to provide expansion work from the refrigerant in the form of a momentum transfer and/or according to the displacement principle to the compression section.

In Beispiel 19 kann das Kühlungssystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 18 optional ferner aufweisen, dass der Unterkühlungskreislauf einen Wärmeübertrager aufweist, und dass die Leitung eingerichtet ist, den Teil des Lagermediums dem Wärmeübertrager zuzuführen.In example 19, the cooling system according to one of examples 1 to 18 can optionally further have that the supercooling circuit has a heat exchanger, and that the line is set up to supply the part of the storage medium to the heat exchanger.

In Beispiel 20 kann das Kühlungssystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 19 optional ferner aufweisen, dass die Expansions-Kompressionsmaschine ein oder mehrere Kolbenmaschinen aufweist.In example 20, the refrigeration system according to any one of examples 1 to 19 can optionally further comprise that the expansion-compression machine comprises one or more piston machines.

Beispiel 21 ist ein Kühlungssystem aufweisend: einen Basis-Kühlkreislauf, und einen Unterkühlungskreislauf, welcher eingerichtet ist, Kältemittel zu unterkühlen und das unterkühlte Kältemittel dem Basis-Kühlkreislauf bereitzustellen, wobei der Unterkühlungskreislauf einen Zahnrad-Expander und einen Zahnrad-Verdichter aufweist, welche mittels ein oder mehreren Lager miteinander verbunden sind, und wobei der Unterkühlungskreislauf eine Leitung aufweist, welche mit den ein oder mehreren Lagern (z.B. mit mindestens einem Lager der ein oder mehreren Lager) gekoppelt und eingerichtet ist, mindestens einen Teil eines in den ein oder mehreren Lagern verwendeten Lagermediums wieder in den Unterkühlungskreislauf zu führen.Example 21 is a refrigeration system comprising: a base refrigeration cycle, and a subcooling cycle configured to subcool refrigerant and provide the subcooled refrigerant to the base refrigeration cycle, the subcooling cycle having a gear expander and a gear compressor connected by a or more bearings are interconnected, and wherein the subcooling circuit comprises a conduit coupled to the one or more bearings (e.g., to at least one bearing of the one or more bearings) and configured to include at least a portion of a system used in the one or more bearings To lead storage medium back into the supercooling circuit.

In Beispiel 22 kann das Kühlungssystem gemäß Beispiel 21 ein, oder mehrere, oder alle Merkmale der Beispiele 1 bis 20 aufweisen.In Example 22, the cooling system of Example 21 may include one, more, or all of the features of Examples 1-20.

Beispiel 23 ist ein Zwischenkühlkreislauf aufweisend: einen Zahnrad-Expander und einen Zahnrad-Verdichter, welche mittels ein oder mehreren Lager miteinander verbunden sind, wobei die ein oder mehreren Lager eingerichtet sind, eine Übertragung von Leistung von dem Zahnrad-Expander zu dem Zahnrad-Verdichter zu ermöglichen, und eine Leitung welche mit den ein oder mehreren Lagern (z.B. mit mindestens einem Lager der ein oder mehreren Lager) gekoppelt und eingerichtet ist, mindestens einen Teil eines in den ein oder mehreren Lagern verwendeten Lagermediums wieder in den Zwischenkühlkreislauf zu führen.Example 23 is an intercooling cycle comprising: a gear expander and a gear compressor coupled together by one or more bearings, wherein the one or more bearings are configured to transmit power from the gear expander to the gear compressor and a line which is coupled to the one or more bearings (e.g. to at least one bearing of the one or more bearings) and is set up to lead at least part of a storage medium used in the one or more bearings back into the intermediate cooling circuit.

Beispiel 24 ist Zahnrad-Verdichter aufweisend: einen Zahnrad; und einen Einlassabschnitt, welcher senkrecht oder diagonal zu dem Zahnrad angeordnet ist, und/oder einen Auslassabschnitt, welcher senkrecht oder diagonal zu dem Zahnrad angeordnet ist.Example 24 is a gear compressor comprising: a gear; and an inlet section arranged perpendicularly or diagonally to the gear and/or an outlet section arranged perpendicularly or diagonally to the gear.

Beispiel 25 ist Zahnrad-Expander aufweisend: einen Zahnrad; und einen Einlassabschnitt, welcher senkrecht oder diagonal zu dem Zahnrad angeordnet ist, und/oder einen Auslassabschnitt, welcher senkrecht oder diagonal zu dem Zahnrad angeordnet ist.Example 25 is a gear expander comprising: a gear; and an inlet section arranged perpendicularly or diagonally to the gear and/or an outlet section arranged perpendicularly or diagonally to the gear.

Beispiel 26 ist Expansions-Kompressionsmaschine aufweisend: einen Kompressionsabschnitt und einen Expansionsabschnitt, welche mittels ein oder mehreren Lager miteinander gekoppelt sind; und eine Leitung, welche eingerichtet ist, eine Rückgewinnung mindestens eines Teils eines in die ein oder mehreren Lager umlaufenden Lagermediums zu ermöglichen.Example 26 is an expansion-compression machine comprising: a compression section and an expansion section coupled together by one or more bearings; and a line configured to enable at least a portion of a storage medium circulating in the one or more bearings to be recovered.

Claims

A cooling system (100) comprising: a base refrigeration circuit (102); and a sub-cooling circuit (120, 200) which is set up to sub-cool refrigerant and to provide the sub-cooled refrigerant to the base cooling circuit (102), wherein the supercooling circuit (120, 200) has an expansion-compression machine (122, 202) which has a compression section (204, 302) and an expansion section (206, 304), wherein the expansion-compression machine (122, 202) is set up to enable a transmission of power from the expansion section (206, 304) to the compression section (204, 302) by means of one or more bearings (212), wherein the expansion-compression machine (122, 202) includes a conduit (214) coupled to at least one of the one or more bearings (212) and adapted to circulate at least a portion of a bearing medium into the one or more bearings (212). into the supercooling circuit (120, 200).

Cooling system (100) according to claim 1 wherein the compression section (204, 302) comprises one or more gear compressors or one or more rotary compressors, and/or wherein the expansion section (206, 304) comprises one or more gear expanders.

Cooling system (100) according to claim 2 , wherein the gear expander has helical gearing, and/or wherein the gear compressor has helical gearing.

Cooling system (100) according to claim 2 or 3 , wherein the gear expander has an inlet section (314) which is arranged diagonally to the gear (310), and/or wherein the gear expander has an outlet section (318) which is arranged diagonally to the gear (310).

Cooling system (100) according to claim 4 , wherein the inlet portion (314) is disposed at an angle in the range of 60° to 90° with respect to the gear (310), and/or wherein the outlet portion (318) is disposed at an angle in the range of 60° to 90° in Reference to the gear (310) is arranged.

Cooling system (100) according to claim 4 or 5 , wherein the inlet section (314) comprises an inlet channel or an inlet nozzle, and/or wherein the outlet section (318) comprises an outlet channel or an outlet nozzle.

Cooling system (100) according to any one of Claims 1 until 6 , wherein the one or more bearings (212) are designed as hydrostatic plain bearings or ball bearings or needle bearings.

Cooling system (100) according to any one of Claims 1 until 7 , wherein the storage medium comprises a liquid refrigerant, a supercritical refrigerant, a gaseous refrigerant or a refrigerant-oil mixture.

Cooling system (100) according to claim 8 , wherein the storage medium comprises liquefied carbon dioxide or a hydrocarbon.

Cooling system (100) according to claim 8 or 9 , wherein the line (214) is arranged to supply the storage medium to the compression section (204, 302) of the expansion-compression machine (122, 202).

Cooling system (100) according to any one of Claims 1 until 7 , wherein the storage medium comprises oil.

Cooling system (100) according to claim 11 , wherein the supercooling circuit (120, 200) has an oil separator, wherein the oil separator is set up to provide oil to the one or more bearings, and wherein the line is set up to supply the bearing medium to the oil separator.

Cooling system (100) according to any one of Claims 1 until 12 , wherein the expansion section (206, 304) is set up to provide the compression section (204, 302) with expansion work from the refrigerant in the form of an impulse transfer and/or according to the displacement principle.

Intermediate cooling circuit (200) having: a gear expander and a gear compressor, which are connected to each other by means of one or more bearings, wherein the one or more bearings are configured to enable transfer of power from the gear expander to the gear compressor, and a line coupled to at least one bearing of the one or more bearings and configured to enable recovery of at least a portion of a storage medium circulating in the one or more bearings.

Expansion-compression machine (202, 300) comprising: a compression section (204, 302) and an expansion section (206, 304) coupled together by one or more bearings (212, 306); and a line (214) which is set up to enable recovery of at least part of a storage medium circulating in the one or more bearings (212, 306).