DE19631914A1 - Überkritisch betriebene Verdichter-Kältemaschine - Google Patents

Überkritisch betriebene Verdichter-Kältemaschine

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine überkritisch betriebene Verdichter- Kältemaschine, deren effektive Leistungszahl (sog. COP-Wert) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur immer annähend beim optimalen Wert gehalten werden kann.
Eine herkömmliche Verdichter-Kältemaschine umfaßt einen das Kältemittel komprimierenden Verdichter, einen durch einen Wärmeaustausch mit einem anderen Mittel das komprimierte Kältemittel kühlenden Verflüssiger, ein das gekühlte Kältemittel expandierendes Expansionsmittel und einen durch einen Wärmeaustausch mit einem anderen Mittel das expandierte Kältemittel verdampfenden Verdampfer. Diese Komponenten sind in Reihe miteinander derart verbunden, daß ein geschlossener Kreis gebildet ist. In einer derartigen Verdichter-Kältemaschine wird bei der Verdampfung des Kältemittels im Verdampfer dem anderen Mittel wie Luft usw. Wärme weggenommen und dadurch kühle Luft erzeugt.
Aus der US-PS 42 05 532 ist eine derartige Verdichter-Kältemaschine bekannt, die deren thermischen Wirkungsgrad verbessern kann. Bei dieser Verdichter-Kältemaschine wird die Hochdruckseite des geschlossenen Kreises, d. h. das im Gaskühler befindliche Kältemittel in überkritischen Zustand gebracht und dadurch die Wärmeaustauschleistung verbessert. Außerdem ermöglicht diese überkritisch betriebene Verdichter-Kältemaschine, das Kohlendioxid (CO₂) oder das Äthan (C₂H₆) mit kleinem Verdichtungsverhältnis als Kältemittel zu verwenden. Die Verwendung dieser Stoffe ermöglicht nicht nur die Verbesserung der Verdichtungsleistung, sondern ist auch dazu nützlich, um die die Ozonschicht zerstörenden herkömmlichen Kältemittel (R-12) zu ersetzen.
Ein Verfahren zur Regelung der spezifischen Kälteleistung dieser überkritisch betriebenen Verdichter-Kältemaschine wird in der EP 0 424 474 B1 vorgeschlagen. Bei diesem bekannten Verfahren ist ein Sammelbehälter in dem geschlossenen Kreis zwischengeschaltet und die Menge des im Sammelbehälter befindlichen Kältemittel (CO₂ usw.) wird durch die Verstellung des Expansionsmittels variiert. Dadurch wird der Druck der Hochdruckseite des Kreises gesteuert und die spezifische Kälteleistung wird geregelt.
Bei der gemäß obigem bekanntem Verfahren geregelten Verdichter- Kältemaschine ist es möglich, eine maximale effektive Leistungszahl (sog. COP-Wert) dadurch zu bekommen, daß der Druck der Hochdruckseite des Kreises in Abhängigkeit von der Temperatur des Gaskühlerausgangs oder der Umgebungstemperatur optimal geregelt wird. Jeder optimale Druck der Hochdruckseite, der jeweils bei der verschiedenen Temperatur des Gaskühlerausgangs oder der verschiedenen Umgebungstemperatur die effektive Leistungszahl maximiert, wird aus Versuchen oder Berechnungen bestimmt.
Bei dieser herkömmlichen Verdichter-Kältemaschine muß der Sammelbehälter jedoch in dem geschlossenen Kreis zwischengeschaltet sein. Deshalb ist der Sammelbehälter der Anwendung der Verdichter- Kältemaschine auf Gebieten oder Stellen ein großes Hindernis, in denen es große Einschränkungen für das Volumen und das Gewicht gibt. Ferner läßt der Sammelbehälter die Produktionskosten der Kältemaschine zunehmen und läßt zusätzlich viel Zeit und Mühe für den Entwurf der Kältemaschine verwenden.
Außerdem wird der Druck der Hochdruckseite bei der obigen Kältemaschine durch die Variierung der Kältemittelmenge der im Sammelbehälter befindlichen flüssigen Phase geregelt und daher setzt diese Regelung voraus, daß das flüssige Kältemittel im Sammelbehälter gespeichert ist. Es muß gesättigtes Kältemittel zum Sammelbehälter gefördert werden. Falls überhitztes Kältemittel dem Sammelbehälter zugeführt wird, verdampft das darin befindliche flüssige Kältemittel. Um dieses durch die Einschränkung des Verdampfers hervorgerufene Sinken der Kälteleistung zu vermeiden, bedarf die Kältemaschine noch eines Gegenstrom-Wärmetauscher, der zwischen dem vom Verdampfer zum Verdichter geförderten gasförmigen Kältemittel und dem Gaskühler zum Expansionsmittel geförderten Kältemittel einen Wärmeaustausch bewirkt. Deshalb wird das Volumen und das Gewicht der Kältemaschine noch mehr zunehmen und auch die Produktionskosten der Kältemaschine werden noch mehr erhöht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, die oben herausgestellten Nachteile überwindende überkritisch betriebene Verdichter-Kältemaschine zu schaffen, deren effektive Leistungszahl je nach Höhe der Umgebungstemperatur immer annährend bei einem optimalen Wert erhalten werden kann, ohne einen Sammelbehälter im geschlossenen Kreis zwischenzuschalten.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird eine überkritisch betriebene Verdichter-Kältemaschine geschaffen, bei der die Menge des im Gaskühler befindlichen Kältemittels vom Expansionsmittel immer unabhängig von der Temperatur konstant gehalten wird.
Bei konstant gewünschter Temperatur des Verdampfers hängt die effektive Leistungszahl der Kältemaschine vor allem von der Temperatur des Gaskühlerausgangs ab. Je niedriger die Temperatur des Gaskühlerausgangs ist, desto besser wird die effektive Leistungszahl. Deshalb wird vom Gaskühler immer eine hohe Wärmeaustausch- Leistungsfähigkeit unabhängig von der Umgebungstemperatur gefordert.
Gemäß der Erfindung wird die Menge des im Gaskühler befindlichen Kältemittels vom Expansionsmittel immer unabhängig von der Temperatur des im Gaskühler befindlichen Kältemittels konstant gehalten und die Dichte und die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels werden unter einem optimalen Wert erhalten. Daher funktioniert der Gaskühler immer mit höchster Effizienz. Deshalb kann die effektive Leistungszahl unabhängig von der Umgebungstemperatur immer annähernd bei einem optimalen Wert gehalten werden.
Weitere Ziele wie auch die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele für den Erfindungsgegenstand deutlich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Verdichter-Kältemaschine gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Expansionsventils des in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 3 graphische Darstellungen zu Beziehungen zwischen dem Druck des im Gaskühler befindlichen Kältemittel sowie der effektiven Leistungszahl und der Temperatur des Gaskühlerausgangs bei dem Erfindungsgegenstand;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Verdichter-Kältemaschine gemäß der Erfindung;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines Expansionsventils des in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Verdichter-Kältemaschine gemäß der Erfindung;
Fig. 7 eine Schnittansicht eines Expansionsventils des in Fig. 6 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 8 graphische Darstellungen zu Beziehungen zwischen der effektiven Leistungszahl und der Temperatur des Gaskühlerausgangs nach dem Stand der Technik.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 1 umfaßt eine Verdichter-Kältemaschine 10 einen das Kältemittel (das Kohlendioxid (CO₂)) zu einem überkritischen Druck komprimierenden Verdichter 11, einen durch einen Wärmeaustausch mit der Luft das komprimierte Kältemittel kühlenden Gaskühler 12, ein das gekühlte Kältemittel unter den kritischen Druck expandierendes Expansionsventil 13 und einen durch einen Wärmeaustausch mit der Luft das expandierte Kältemittel verdampfenden Verdampfer 14. Der Verdichter 11, der Gaskühler 12, das Expansionsventil 13 und der Verdampfer 14 sind mittels der Kanäle oder Leitungen 16 bis 19 in Reihe miteinander derart verbunden, daß ein geschlossener Kreis gebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Gegenstrom-Wärmetauscher 15 in den Leitungen 17 und 19 zwischengeschaltet. Dieser Gegenstrom-Wärmetauscher 15 ist jedoch nicht unbedingt notwendig für die Ausführung der Erfindung.
Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht das Expansionsventil 13 aus einem Gehäuse 20, einer Membran 21, einem Ventilkörper 22, einer Regelfeder 24 und einem Justiermittel 25. In dem Gehäuse 20 sind ein erster Druckraum 20a, ein zweiter Druckraum 20b und ein dritter Druckraum 20c durch die Membran 21 gebildet, deren äußere Umfang am Gehäuse 20 fluiddicht befestigt ist. Der erste Druckraum 20a ist mit der Leitung 17 nach außen fluiddicht abgedichtet verbunden und der zweite Druckraum 20b ist mit der Leitung 18 nach außen fluiddicht abgedichtet verbunden. Ein Ventilsitzteil 23 mit einer Öffnung ist zwischen dem ersten Druckraum 20a und dem zweiten Druckraum 20b ausgebildet und die Verbindung zwischen dem ersten Druckraum 20a und dem zweiten Druckraum 20b über die Öffnung wird vom Ventilkörper 22 geregelt, der an der Membrane 21 befestigt ist und im ersten Druckraum 20a angeordnet ist. Der dritte Druckraum 20c ist mit dem einen Ende einer Leitung 26 nach außen fluiddicht abgedichtet verbunden, deren anderes Ende an dem Ausgang des Gaskühlers 12 angebracht ist und die mit einer Füllung wie z. B. Alkohol usw. gefüllt ist, deren Volumen in Abhängigkeit von der Temperatur des Gaskühlerausgangs sich ändert. Im dritten Druckraum 20c ist die Regelfeder 24 angeordnet, deren eines Ende auf die Membran 21 gestützt ist und deren anderes Ende auf das Justiermittel 25 ist. Die Regelfeder 24 drückt immer dem Ventilkörper 22 gegen den Ventilsitzteil 23. Das Justiermittel 25 springt aus dem Gehäuse 20 über eine Dichtung 27 nach außen fluiddicht abgedichtet vor und ermöglicht der Justierung der Kraft der Regelfeder 24 bei der Außenseite.
In diesem Ausführungsbeispiel regelt das Expansionsventil 13 derart die Verbindung zwischen dem ersten Druckraum 20a und dem zweiten Druckraum 20b, daß die Dichte ρ des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels, d. h. die Dichte ρ des in der Leitung 17 befindlichen Kältemittels immer 0.6kg/l bleibt. Diese Regelung wird von der Bestimmung der Weg-Kraft-Charakteristik der Regelfeder 24 sowie des Durchmessers der Membran 21 erzielt. Der Wert der konstant erhaltenen Dichte ist ein Wert, bei der die Wärmeaustausch Leistungsfähigkeit des Gaskühlers maximal ist.
Das vom Verdichter 11 zu einem überkritischen Druck komprimierte Kältemittel wird mit der Luft beim Gaskühler 12 in Wärmeaustausch gebracht und dadurch gekühlt. Das gekühlte Kältemittel wird ferner durch einem Wärmeaustausch beim Gegenstrom- Wärmetauscher 15 gekühlt. Dieses gekühlte Kältemittel mit einem hohen Druck wird vom Expansionsventil 13 plötzlich expandiert und dadurch entsteht ein zweiphasiges Gemisch aus einer gasförmigen Phase und einer flüssigen Phase. Das Kältemittel wird mit der Luft beim Verdampfer 14 in Wärmeaustausch gebracht und dessen Teil der flüssigen Phase verdampft. Dadurch wird bei der Verdampfung des Kältemittels im Verdampfer 14 der Luft Wärme weggenommen und dadurch kühle Luft erzeugt. Das gesättigte Kältemittel wird durch einen Wärmeaustausch beim Gegenstrom-Wärmetauscher 15 überhitzt und im Verdichter eingesaugt.
Falls der Verdichter 11 das Kältemittel mit einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit fördert und eine gewünschte Kühltemperatur über den Verdampfer 14 erhalten ist, wenn die Umgebungstemperatur steigt sinkt die effektive Leistungszahl (sog. COP-Wert) der Verdichter-Kältemaschine entsprechend der in Fig. 8 gezeigten graphischen Darstellung A. In dieser Zeit hat die effektive Leistungszahl ein größtes Abhängigkeitsverhältnis zu der Temperatur des Gaskühlerausgangs. Wenn es möglich ist, diese Temperatur des Gaskühlerausgangs sinken zu lassen, ermöglicht das die Verhinderung des Sinkens der effektiven Leistungszahl.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird der Druck des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels gegenüber der Temperatur des Gaskühlerausgangs wie in Fig. 3 gezeigt derart geregelt, daß die Dichte ρ des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels unabhängig von dessen Temperatur immer 0.6kg/l bleibt. Wenn zum Beispiel die Temperatur des Gaskühlerausgangs steigt und der Druck des dritten Druckraums 20c in Fig. 2 sich erhöht, schließt oder drosselt der Ventilkörper 22 die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Druckräumen 20a, 20b stark und dadurch steigt der Druck des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels an. Wenn umgekehrt die Temperatur des Gaskühlerausgangs sinkt und der Druck des dritten Druckraums 20c sinkt, läßt der Ventilkörper 22 die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Druckräumen 20a, 20b zu oder der Ventilkörper 22 drosselt die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Druckräumen 20a, 20b schwach und dadurch sinkt der Druck des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels ab.
Nach vorstehender Beschreibung wird die Füllmenge des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels, d. h. die Dichte gemäß der Erfindung immer konstant gehalten und daher wird die Wärmeaustausch- Leistungsfähigkeit des Gaskühlers 12 auf einem maximalen Wert gehalten (d. h. konstante Wärmeübergangskoeffiziente und Wärmetransport kann immer gerechnet werden.). Deshalb ist es möglich, das durch die Steigerung der Umgebungstemperatur hervorgerufene Sinken der effektiven Leistungszahl der Verdichter- Kältemaschine zu verhindern und die effektive Leistungszahl annähernd bei einem maximalen Wert zu halten. Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung zur Beziehung zwischen der effektiven Leistungszahl (COP) und der Temperatur des Gaskühlerausgangs. Die Neigung dieser effektiven Leistungszahl (COP) ist gleich mit einer Neigung einer in Fig. 8 gezeigten graphischen Darstellung B, die die effektive Leistungszahl der Verdichter-Kältemaschine des Standes der Technik (EP 0 424 474 B1) zeigt, in der der Druck der Hochdruckseite des Kreises mit einem Sammelbehälter in Abhängigkeit von der Temperatur des Gaskühlerausgangs oder der Umgebungstemperatur optimal geregelt wird.
Daß die in dem Gaskühler 12, d. h. in der Hochdruckseite des Kreises befindliche Kältemittelmenge konstant ist, bedeutet eine konstante Menge des in der Niederdruckseite des Kreises befindlichen Kältemittels. Damit ergibt sich keine Notwendigkeit nach einem Sammelbehälter im Kreis.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. In den Fig. 4 und 5 werden dieselben Bezugszeichen für die Bestandteile verwendet, die denen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen. Ein Expansionsventil 113 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat eine zusätzliche Funktion, und zwar fördert dem Verdampfer 14 die Kältemittelmenge abhängig von der Belastung des Verdampfers 14.
Das Expansionsventil 113 weist ein Nebengehäuse 30 auf, das neben dem Gehäuse 20 angeordnet ist. Im Nebengehäuse 30 sind ein vierter Druckraum 30a und ein fünfter Druckraum 30b durch eine Membran 31 gebildet, deren äußerer Umfang am Nebengehäuse 30 fluiddicht befestigt ist. Der vierte Druckraum 30a ist mit einer Leitung 33 nach außen fluiddicht abgedichtet verbunden, die das Kältemittel des Verdampferausgangs führt. Der fünfte Druckraum 30b ist mit dem einen Ende einer Leitung 34 nach außen fluiddicht abgedichtet verbunden, deren anderes Ende an dem Ausgang des Verdampfers 12 angebracht ist und die mit einer Füllung z. B. wie Alkohol usw. gefüllt ist, deren Volumen in Abhängigkeit von der Temperatur des Verdampferausgangs sich ändert. Ein Ende einer Stange 32 ist am Ventilkörper 22 befestigt. Das andere Ende der Stange 32 erstreckt sich vom zweiten Druckraum 20b zum vierten Druckraum 30a und ist an der Membran 31 befestigt. Die Stange 32 ist auf das Gehäuse 20 und das Nebengehäuse 30 über eine Dichtung 35 fluiddicht axial bewegbar gestützt. Dadurch kann sich der Ventilkörper 22 in der axialen Richtung auch abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem vierten Druckraum 30a und dem fünften Druckraum 30b bewegen.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Druck des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels gegenüber der Temperatur des Gaskühlerausgangs wie in Fig. 3 gezeigt (genau so wie das obige erste Ausführungsbeispiel) derart geregelt, daß die Dichte ρ des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels unabhängig von dessen Temperatur immer 0.6kg/1 bleibt. Deshalb ist es möglich, das durch die Steigerung der Umgebungstemperatur hervorgerufene Sinken der effektiven Leistungszahl der Verdichter-Kältemaschine zu verhindern und die effektive Leistungszahl annähernd bei einem maximalen Wert zu halten.
Wenn die Belastung des Verdampfers 14 sich verändert und der Druck des Verdampferausgangs unter einen bestimmten Wert kommt, läßt der Ventilkörper 22 die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Druckräumen 20a, 20b zu oder der Ventilkörper 22 drosselt diese Verbindung schwach und dadurch steigt der Druck des im Verdampfer 14 befindlichen Kältemittels angestiegen. Wenn die Temperatur des Verdampferausgangs über einen bestimmten Wert steigt, schließt oder drosselt der Ventilkörper 22 die Verbindung zwischen den ersten 20b stark und dadurch sinkt der Druck des im Verdampfer 14 befindlichen Kältemittels ab. Durch diese bevorzugte Regelung wird es verhindert, daß sich die Kälteleistung der Verdichter-Kältemaschine sich stark verändert.
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In den Fig. 6 und 7 werden dieselben Bezugszeichen für die Bestandteile verwendet, die denen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen. Ein Expansionsventil 213 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist ein elektrisch betriebenes Expansionsventil, das in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal aus einem Regler 60 betrieben wird.
Wie in Fig. 6 gezeigt, werden zwei Drucksensoren 50, 51 und zwei Temperatursensoren 52, 53 verwendet. Der erste Drucksensor 50 ist am Ausgang des Gaskühlers 12 angebracht, um den Druck des im Gaskühler 12, d. h. in der Hochdruckseite befindlichen Kältemittels zu ermitteln. Der zweite Drucksensor 51 ist am Eingang des Verdampfers 14 angebracht, um den Druck des im Verdampfer 14, d. h. in der Niederdruckseite befindlichen Kältemittels zu ermitteln. Diese Drucksensoren 50, 51 senden jeweils ein dem ermittelten Druck entsprechendes Signal an den Regler 60. Der erste Temperatursensor 52 ist am Ausgang des Gaskühlers 12 angebracht, um die Temperatur des im Gaskühler 12, d. h. in der Hochdruckseite befindlichen Kältemittels zu ermitteln. Der zweite Temperatursensor 53 ist am Eingang des Verdampfers 14 angebracht, um den Druck des im Verdampfer 14, d. h., in der Niederdruckseite befindlichen Kältemittels 0 zu ermitteln. Diese Temperatursensoren 52, 53 senden jeweils ein der ermittelten Temperatur entsprechendes Signal an den Regler 60. Der Regler 60 erzeugt ein Ausgangssignal, das abhängig von den übermittelten Signalen ist, und sendet dieses Ausgangssignal an das Expansionsventil 213.
Das Expansionsventil 213 besteht aus einem Gehäuse 40, einem Ventilkörper 41 und einem Antrieb 42, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Der Antrieb 42 ist an einer Öffnung des Gehäuse 40 nach außen fluiddicht abgedichtet befestigt und in dem Gehäuse 40 sind ein erster Druckraum 40a und ein zweiter Druckraum 40b gebildet. Diese Druckräume 40a, 40b sind miteinander über ein Drosselteil 46 verbunden. Der erste Druckraum 40a ist mit der Leitung 17 nach außen fluiddicht abgedichtet verbunden und der zweite Druckraum 40b ist mit der Leitung 18 nach außen fluiddicht abgedichtet verbunden. Der Antrieb 42 besteht aus einem Basisteil 43, einem Mutterteil 44 und einem Schrittmotor 45. Der Basisteil 43 weist ein stufenförmiges Loch auf. Der Ventilkörper 41 ist im mit kleinem Durchmesser versehenen Abschnitt des Lochs über ein Dichtungsmittel 47 fluiddicht gelagert und ist in der axialen Richtung derart bewegbar, daß der Drosselgrad der Verbindung zwischen dem ersten Druckraum 40a und dem zweiten Druckraum 40b über das Drosselteil 46 geregelt werden kann. Ein Gewindeabschnitt 41a ist auf dem Außenumfang des Ventilkörpers 41 ausgebildet, der sich im mit großem Durchmesser versehenen Abschnitt des Lochs befindet. Das Mutterteil 44 ist im mit großem Durchmesser versehenen Abschnitt des Lochs drehbar angeordnet und weist eine Mutter 44b auf, die mit dem Gewindeabschnitt 41a im Eingriff ist. Ein Zahnrad 44a ist auf, dem Außenumfang des Mutterteils 44 ausgebildet, der sich außer dem mit großem Durchmesser versehenen Abschnitt des Lochs befindet. Das Zahnrad 44a ist mit einem Ritzel 45a im Eingriff, der an einer Hauptwelle des Schrittmotors 45 befestigt ist.
Bei diesem Expansionsventil 213 wird der Schrittmotor 45 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal aus dem Regler 60 in einer bestimmten Richtung um bestimmte Schritte gedreht und dadurch wird das Mutterteil 43 gedreht. Dadurch wird der Ventilkörper 41 über das Gewinde in einer der Drehrichtung des Schrittmotor entsprechenden axialen Richtung um einen den bestimmten getriebenen Schritten des Schrittmotor 45 entsprechenden Weg derart bewegt, daß der Drosselgrad der Verbindung zwischen dem ersten Druckraum 40a und dem zweiten Druckraum 40b über das Drosselteil 46 geregelt werden kann.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird der Druck des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels gegenüber der Temperatur des Gaskühlerausgangs wie in Fig. 3 gezeigt (genau so wie das obige erste Ausführungsbeispiel) derart geregelt, daß die Dichte ρ des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels unabhängig von dessen Temperatur immer 0.6kg/l bleibt. Wenn zum Beispiel vom ersten Temperatursensor 52 ermittelt wird, daß die Temperatur des Gaskühlerausgangs höher als die dem vom ersten Drucksensor 50 ermittelten Druck entsprechende Temperatur ist, oder wenn vom ersten Drucksensor 50 ermittelt wird, daß der Druck des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels niedriger als der der vom ersten Temperatursensor 52 ermittelten Temperatur entsprechende Druck ist, übermittelt der Regler 60 ein entsprechendes Ausgangssignal an dem Schrittmotor 45. Dadurch wird der Schrittmotor 45 derart gedreht, daß der Ventilkörper 41 die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Druckräumen 40a, 40b stark drosselt. Dadurch steigt der Druck des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels an. Wenn vom ersten Temperatursensor 52 ermittelt wird, daß die Temperatur des Gaskühlerausgangs niedriger als die dem vom ersten Drucksensor 50 ermittelten Druck entsprechende Temperatur ist oder, wenn vom ersten Drucksensor 50 ermittelt wird, daß der Druck des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels höher als der der vom ersten Temperatursensor 52 ermittelten Temperatur entsprechende Druck ist, wird der Schrittmotor 45 in Abhängigkeit von dem vom Regler 60 übermittelten Signal derart gedreht, daß der Ventilkörper 41 die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Druckräumen 40a, 40b schwach drosselt. Dadurch sinkt der Druck des im Gaskühler 12 befindlichen Kältemittels ab.
Deshalb ist es möglich, das durch die Steigerung der Umgebungstemperatur hervorgerufene Sinken der effektiven Leistungszahl der Verdichter-Kältemaschine zu verhindern und die effektive Leistungszahl annähernd bei einem maximalen Wert zu halten.
Wenn sich die Belastung des Verdampfers 14 verändert und die vom zweiten Temperatursensor 53 ermittelte Temperatur des Verdampferausgangs unter einem bestimmten Wert kommt oder der vom zweiten Drucksensor 51 ermittelte Druck über einen bestimmten Wert steigt, wird der Schrittmotor 45 in Abhängigkeit von dem vom Regler 60 übermittelten Signal derart gedreht, daß der Ventilkörper 41 die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Druckräumen 40a, 40b stark drosselt. Dadurch sinkt der Druck des im Verdampfer 14 befindlichen Kältemittels ab. Wenn die vom zweiten Temperatursensor 53 ermittelte Temperatur des Verdampferausgangs über einen bestimmten Wert steigt oder der vom zweiten Drucksensor 51 ermittelte Druck unter einen bestimmten Wert kommt, wird der Schrittmotor 45 in Abhängigkeit von dem vom Regler 60 übermittelten Signal derart gedreht, daß der Ventilkörper 41 die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Druckräumen 40a, 40b schwach drosselt. Dadurch steigt der Druck des im Verdampfer 14 befindlichen Kältemittels an. Durch diese bevorzugte Regelung wird es verhindert, daß sich die Kälteleistung der Verdichter-Kältemaschine 20 stark verändert.
Wie oben festgestellt ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Füllmenge des im Gaskühler befindlichen Kältemittels, d. h. die Dichte, immer konstant gehalten. Daher wird die Wärmeaustausch Leistungsfähigkeit des Gaskühlers bei einem maximalen Wert gehalten und dessen Wärmeübergangskoeffizient und dessen Wärmetransport können immer konstant gehalten werden. Deshalb ist es möglich, das durch die Steigerung der Umgebungstemperatur hervorgerufene Sinken der effektiven Leistungszahl der Verdichter-Kältemaschine zu verhindern und die effektive Leistungszahl annähernd bei einem maximalen Wert zu halten, ohne einen zusätzlichen Sammelbehälter im Kreis zwischenzuschalten.
Ferner stagniert nicht das Schmieröl bei der Verdichter-Kältemaschine gemäß der Erfindung, da kein Sammelbehälter im Kreis zwischengeschaltet ist. Daher ist es möglich, die Betriebssicherheit der Kältemaschine zu verbessern und die Zunahme des Volumens sowie des Gewichts der Kältemaschine zu verhindern. Außerdem ist es möglich, die Zunahme der Produktionskosten der Kältemaschine zu verhindern.
Bei der herkömmlichen Verdichter-Kältemaschine gemäß der EP 0 424 474 B1 wird die Leistungsfähigkeit des Verdampfers durch die Regelung des Drucks der Hochdruckseite eingeschränkt und der Verdampfer wird immer im kühlenden Zustand gehalten. Daher bestand die Gefahr, daß der Verdampfer zufriert. Gemäß der Erfindung übt die Regelung des Drucks der Hochdruckseite keinen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der Verdampfer aus und daher ist es nicht erforderlich, sich um das Einfrieren des Verdampfers zu sorgen.
Eine überkritisch betriebene Verdichter-Kältemaschine umfaßt einen das Kältemittel zu einem überkritischen Druck zu komprimierenden Verdichter, einen durch einen Wärmeaustausch mit einem anderen Mittel das komprimierte Kältemittel kühlenden Gaskühler, der mit dem Ausgang des Verdichters verbunden ist, ein das gekühlte Kältemittel unter den kritischen Druck expandierendes Expansionsmittel, das mit dem Gaskühler verbunden ist, und einen durch einen Wärmeaustausch mit einem anderen Mittel das expandierte Kältemittel verdampfenden Verdampfer, der mit dem Expansionsmittel und dem Eingang des Verdichter derart verbunden, daß ein geschlossener Kreis gebildet ist, wobei die Menge des im Gaskühler befindlichen Kältemittels vom Expansionsmittel immer unabhängig von der Temperatur konstant gehalten.

Claims (4)

1. Überkritsch betriebene Verdichter-Kältemaschine (10; 110; 210) mit einem das Kältemittel zu einem überkritischen Druck komprimierenden Verdichter (11), einem durch einen Wärmeaustausch mit einem anderen Mittel das komprimierte Kältemittel kühlenden Gaskühler (12), ein das gekühlte Kältemittel unter den kritischen Druck expandierendes Expansionsmittel (13; 113; 213) und einem durch einen Wärmeaustausch mit einem anderen Mittel das expandierte Kältemittel verdampfenden Verdampfer (14), wobei der Verdichter (11), der Gaskühler (12), das Expansionsmittel (13; 113; 213) und der Verdampfer (14) in Reihe miteinander derart verbunden sind, daß ein geschlossener Kreis gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des im Gaskühler (12) befindlichen Kältemittels vom Expansionsmittel (13; 113; 213) immer unabhängig von dessen Temperatur konstant gehalten wird.
2. Überkritisch betriebene Verdichter-Kältemaschine (10; 110; 210) nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konstant gehaltene Menge des im Gaskühler (12) befindlichen Kältemittels eine Menge ist, bei der die Wärmeaustausch-Leistungsfähigkeit des Gaskühlers (12) maximal ist.
3. Überkritisch betriebene Verdichter-Kältemaschine (10; 110; 210) nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsmittel (13; 113; 213) den Druck des Kältemittels im Gaskühler (12) in Abhängigkeit von der Temperatur beim Gaskühlerausgang verändert.
4. Überkritisch betriebene Verdichter-Kältemaschine (10; 110; 210) nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsmittel (13; 113; 213) den Druck des im Verdampfer (14) befindlichen Kältemittel vorzugsweise verändert, wenn die Temperatur oder der Druck des im Verdampfer (14) befindlichen Kältemittels von einem bestimmten Wert abweicht.
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