EP3978836B1 - Kühlkreislauf - Google Patents

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EP3978836B1
EP3978836B1 EP21197237.7A EP21197237A EP3978836B1 EP 3978836 B1 EP3978836 B1 EP 3978836B1 EP 21197237 A EP21197237 A EP 21197237A EP 3978836 B1 EP3978836 B1 EP 3978836B1
Authority
EP
European Patent Office
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refrigerant
injector
compressor
working chamber
cooling circuit
Prior art date
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Active
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EP21197237.7A
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English (en)
French (fr)
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EP3978836C0 (de
EP3978836A1 (de
Inventor
Robin Langebach
Hermann Renz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft
Original Assignee
Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00—Compressor arrangements
    • F25B31/006—Cooling of compressor or motor
    • F25B31/008—Cooling of compressor or motor by injecting a liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00—Compressor arrangements
    • F25B31/006—Cooling of compressor or motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
    • F25B6/04—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/16—Receivers

Definitions

  • the present invention relates to a cooling circuit and a method for operating a cooling circuit.
  • a refrigeration machine based on the compression refrigeration principle for cooling.
  • the basic components of such a refrigeration machine are a compressor, a heat exchanger, such as a condenser (air- or water-cooled), a throttle device (usually an expansion valve) and an evaporator.
  • the compressor sucks the gaseous working medium, i.e. the refrigerant, from the evaporator.
  • the refrigerant is brought to a higher pressure in the compressor. This heats up the gas.
  • This compressed gas then enters the heat exchanger or condenser, where it is cooled under almost constant pressure.
  • the heat extraction causes the refrigerant to liquefy or cool down.
  • the refrigerant then reaches the throttle device, where it is expanded to a lower pressure.
  • the refrigerant begins to boil, i.e. to evaporate.
  • the environment cools down in the process. This process runs continuously as long as the compressor is in operation.
  • the refrigerant is not used up because it is in a closed circuit.
  • Refrigerant compressors are often described as components in a refrigeration cycle with the theoretically underlying isentropic change of state. This is because Refrigerant compressors are often not actively cooled and dissipation occurs due to internal friction.
  • the motor and possibly also the power electronics are cooled by the refrigerant before it enters the working chamber.
  • superisentropic compression must be assumed, which has a final compression temperature significantly above the ambient temperature. From a thermodynamic point of view, however, this only makes limited sense. With a view to the optimal thermodynamic cycle according to Carnot, the conclusion is that below ambient temperature the aim should be to achieve as isentropic compression as possible, and above ambient temperature the compression should ideally be isothermal. In addition, any heating of the suction gas before it enters the working chamber should be avoided. Ideally, it enters directly from the boiling line, knowing full well that this is technically difficult to achieve.
  • either the cylinder head is cooled using a simple fan or vapor injection (liquid and/or gaseous) is used.
  • a simple fan or vapor injection liquid and/or gaseous
  • the latter in particular is sometimes used in combination with the economizer circuit.
  • injecting the refrigerant can be injected or blown in on the suction side or injected or blown in directly into the working chamber via channels at a pressure level between the pressure and suction gas.
  • water cooling is sometimes also used.
  • a compressor arrangement which may include a compression cylinder and a compression piston arranged in the compression cylinder, which compresses a steam arranged in the compression cylinder from a suction pressure to a discharge pressure.
  • the compressor assembly may additionally include a crankshaft that cyclically moves the compression piston within the compression cylinder, and an injection port in fluid communication with the compression cylinder that selectively supplies intermediate pressure vapor at a pressure between the suction pressure vapor and the discharge pressure vapor to the compression cylinder.
  • the injection port may transmit the intermediate pressure vapor to the compression cylinder when the compression piston exposes the injection port, and may be prevented from transmitting the intermediate pressure vapor to the compression cylinder when the compression piston blocks the injection port.
  • a cooling circuit comprising a refrigerant compressor with a suction connection and with a pressure chamber having a pressure connection, a condenser arranged in the cooling circuit following the pressure connection with a fluid collection chamber in which a refrigerant supply of refrigerant is formed, an evaporator located in the cooling circuit between the condenser and the suction connection, and a supply unit connected on the one hand to the refrigerant supply and on the other hand to the pressure chamber for supplying refrigerant from the refrigerant supply to the pressure chamber, which comprises a pump unit for the refrigerant, is known.
  • the pump unit has a pressure-tight housing with only one inlet and one outlet as access points, in the pump chamber of which a pump element that can be moved to pump the refrigerant is arranged.
  • a heat pump unit which forms a heat pump cycle in which a reciprocating compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator are arranged in a refrigerant circuit path.
  • the heat pump unit comprises a refrigerant liquid return path for returning a part of the refrigerant liquid condensed by the condenser to a discharge chamber provided in a cylinder head assembly of the reciprocating compressor, so that a part of the refrigerant liquid is supplied to the discharge chamber via the refrigerant liquid return path and a discharge gas passage is cooled by evaporation heat of the refrigerant liquid.
  • US 2015/159919 A1 the supply of refrigerant liquid into a pressure chamber of the compressor.
  • US 2015/1599919 A1 discloses a cooling circuit according to the preamble of claim 1.
  • Cooling by means of air flow on the cylinder head is a very simple method that can be used to slightly reduce the final compression temperature.
  • efficiency advantages or options for influencing partial load operation are not possible.
  • the supply of coolant in conjunction with economizer circuits has the fundamental disadvantage that the pressure level is sometimes considerably below the high pressure level.
  • these circuits are able to increase efficiency and specifically broaden the partial load range, the area of application is always determined by the pressure level and the condition of the injected coolant.
  • the injection takes place either in gaseous form or in a more or less well-defined vapor with a corresponding liquid content.
  • Possible water cooling circuits used for compressors are expensive and also require all components for the water circuit, including cooling of the same.
  • water as a coolant is not available everywhere without restrictions.
  • the invention is intended to enable heat dissipation during compression, targeted lowering of the final compression temperature and adjustment of the delivery efficiency (partial load case) in a particularly efficient manner.
  • the terms “have”, “have”, “comprise” or “include” or any grammatical variations thereof are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can refer to situations in which, in addition to the features introduced by these terms, no other features are present, or to situations in which one or more further features are present.
  • the expression “A has B”, “A exhibits B”, “A comprises B” or “A includes B” may refer both to the situation in which, apart from B, no other element is present in A (i.e. to a situation in which A consists exclusively of B), and to the situation in which, in addition to B, one or more further elements are present in A, for example element C, elements C and D, or even further elements.
  • the terms “at least one” and “one or more” and grammatical variations of these terms when used in connection with one or more elements or features and intended to express that the element or feature may be provided once or multiple times, are generally used only once, for example when the feature or element is first introduced. When the feature or element is subsequently mentioned again, the corresponding term “at least one” or “one or more” is generally no longer used, without limiting the possibility that the feature or element may be provided once or multiple times.
  • cooling circuit is a broad term to which its usual and common meaning is to be given, as understood by those skilled in the art.
  • the term is not limited to any specific or adapted meaning.
  • the term can, without limitation, refer in particular to a system and preferably a closed system that uses a compressor to transport thermal energy from a colder location to be cooled to a warmer environment.
  • the cooling circuit can be based on a thermodynamic cycle.
  • the cooling circuit comprises a refrigerant compressor with at least one working chamber. If the refrigerant compressor is designed as a multi-cylinder machine, for example, the refrigerant compressor has more than one working chamber, for example one working chamber per cylinder.
  • refrigerant compressor as used herein is a broad term which is to be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term may refer, without limitation, in particular to a machine (fluid energy machine) that applies mechanical work to an enclosed gas. Compressors are used to compress gases. They increase the pressure and density of the gas.
  • working chamber is a broad term which is to be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning.
  • the term may, without limitation, refer in particular to a chamber of a compressor in which the compression of the gas takes place.
  • the working chamber is located between the compressor housing and one or more displacers, such as pistons. From the perspective of the flow of the working medium in a compressor, the working chamber is located between a suction chamber into which the gas is first sucked in and a pressure chamber to which the compressed gas is fed before it is expelled from the compressor.
  • a reciprocating piston compressor gas in a cylinder is sucked into the suction chamber by a reciprocating piston, compressed in the working chamber and the compressed gas is expelled from the pressure chamber.
  • the cooling circuit further comprises a heat exchanger with a fluid collection chamber.
  • the fluid collection chamber is designed to form a refrigerant reservoir from refrigerant.
  • heat exchanger as used here is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by a person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term may refer, without limitation, in particular to an apparatus that transfers thermal energy from one stream of material to another.
  • the heat exchanger can be a condenser or gas cooler.
  • condenser as used here is a broad term to which its usual and common meaning should be given, as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to an apparatus in which a substance is converted from the gaseous state to the liquid state by condensation.
  • condenser is used synonymously with the term “condenser”.
  • condensers serve to liquefy the vaporous refrigerant. This enables a closed cycle process in refrigeration systems.
  • gas cooler as used here is a broad term to which its usual and common meaning should be given, as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a specific or adapted meaning.
  • the term can, without limitation, refer in particular to an apparatus that extracts heat from a gas and thus cools it. For example, in supercritical operation, the refrigerant is not liquefied.
  • the refrigerant is liquefied in the heat exchanger during subcritical operation, as is the case with the usual commercially used refrigerants (except carbon dioxide - CO 2 ), but during supercritical operation the refrigerant is only cooled without being liquefied.
  • fluid collection chamber is a broad term which is to be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term may refer, without limitation, in particular to a chamber in which refrigerant is temporarily collected and stored. Thus, in subcritical operation, the fluid collection chamber collects liquid refrigerant, but in supercritical operation, cooled, gaseous refrigerant.
  • the fluid collection chamber may be a The purpose of a liquid separator is to continuously supply liquid refrigerant to the expansion device and to store excess refrigerant in the circuit.
  • the cooling circuit further comprises a supply unit.
  • the supply unit is connected to the fluid collection chamber and the refrigerant compressor.
  • the supply unit has a high-pressure pump and an injector.
  • the supply unit is designed to supply refrigerant from the refrigerant supply to the working chamber by means of the injector at a pressure above a discharge pressure of the refrigerant compressor.
  • supply unit as used herein is a broad term to which its usual and common meaning should be given, as understood by those skilled in the art.
  • the term is not limited to any specific or adapted meaning.
  • the term may, without limitation, refer in particular to a device adapted to take refrigerant from the fluid collection chamber and to convey it by means of a high-pressure pump to the compressor, where the refrigerant is injected directly into the working chamber by means of the injector.
  • high pressure pump as used here is a broad term which should be given its usual and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a pump which generates a high pressure, the pressure generated being in any case above the discharge pressure of the refrigerant compressor.
  • the working principle of the pump includes both mechanically and thermally driven pressure increase.
  • injector as used here is a broad term which should be given its usual and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a specific or adapted meaning.
  • the term can, without limitation, refer in particular to a device which is designed to supply or inject refrigerant into the working chamber of the refrigerant compressor.
  • the injector can have a valve.
  • the injector comprises one or more injection nozzles, each of which consists of a nozzle body and a nozzle needle.
  • the cooling of the compression takes place in a refrigerant compressor with a targeted supply of cooling refrigerant from ambient temperature into the working chamber.
  • the refrigerant is supplied at a pressure significantly above the high pressure in the refrigeration circuit.
  • the necessary high pressure is provided by a pump for liquid or supercritical refrigerant.
  • the injection is ensured by one or more injection nozzles in the working chamber.
  • this pressure level must be selected so that no evaporation occurs due to pressure losses within the subsequent lines and components.
  • a sufficient pressure level must be achieved in order to apply sufficient pre-pressure to the injector. This mode of operation achieves an increase in efficiency.
  • the mass present in the working chamber can be adjusted to increase the re-expansion time by specifically injecting high-pressure refrigerant in the expansion phase (downward piston movement). This makes it possible for only a corresponding, limited amount of fresh suction gas to be taken in during the next suction.
  • the supply unit can be designed to supply refrigerant from the refrigerant supply to the working chamber by means of the injector at a pressure that is at least 4 bar and preferably at least 5 bar above the discharge pressure of the refrigerant compressor.
  • the pressure can, for example, be up to 200 bar above the discharge pressure of the refrigerant compressor. This pressure level ensures that no evaporation of the refrigerant occurs due to pressure losses within the subsequent lines and components. In addition, this represents a sufficient pressure level to apply sufficient pre-pressure to the injector.
  • the supply unit can be designed to supply essentially single-phase refrigerant from the refrigerant supply to the working chamber by means of the injector. This enables very efficient cooling of the compression process.
  • the supply unit can be designed to supply refrigerant from the refrigerant supply to the working chamber by means of the injector in a liquid or supercritical state.
  • the cooling circuit is thus suitable for operation in the subcritical as well as the supercritical range of the refrigerant.
  • the injector can have at least one injection nozzle.
  • several injection nozzles can be provided per working chamber or per compressor if there are several working chambers. This allows the coolant to be sprayed in the working chamber, which increases the cooling effect through rapid evaporation.
  • the injector can be designed to distribute the coolant within the working space and/or to spray the coolant onto a coolant compressor wall of the coolant compressor that delimits the working space, in particular a cylinder wall.
  • the injection process can accordingly preferably take place in such a way that the finely atomized coolant jet is well distributed within the working space and/or sprayed in parts onto the cylinder wall.
  • the injector can have a valve.
  • the refrigerant compressor can have at least one valve plate.
  • the valve can be integrated into the valve plate or adjacent to the valve plate.
  • the injector can be installed directly in the valve plate or connected to the working chamber by a thin connecting line. An arrangement as close as possible to the working chamber is preferred.
  • the injector is designed in such a way that the channel from the valve, preferably an electronically controlled valve (e.g. piezo-controlled), is sufficiently short to use the effect of the boiling delay due to the relaxation on the pressure level in the working chamber.
  • the boiling delay during expansion via the injector should lead to targeted evaporation as a spray in the working chamber of the compressor.
  • valve plate as used herein is a broad term which is to be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning.
  • the term can, without limitation, refer in particular to a plate-shaped component that closes the working chamber of a compressor and in which valves are arranged for admitting a fluid medium into and discharging the fluid medium from the working chamber.
  • the valve plate In a reciprocating piston compressor, the valve plate is usually arranged on the side of the compressor housing facing the top dead center of the piston.
  • the cooling circuit can further comprise a control unit which is designed to control the timing of the supply of the coolant to the working chamber by means of the injector. Accordingly, the injector can inject the coolant into the working chamber at a time triggered by the control unit.
  • control unit as used herein is a broad term which is to be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term may refer in particular, without limitation, to a central component of a computer in which computational operations take place and which controls other functions.
  • the control unit can be designed to control the supply of the refrigerant to the working chamber by means of the injector based on at least one parameter selected from the group consisting of: pressure in the working chamber, temperature in the working chamber, crank angle position of the refrigerant compressor, suction temperature of the refrigerant compressor, suction pressure of the refrigerant compressor, high temperature in the cooling circuit and high pressure in the cooling circuit. These possible signals can thus be used to specifically adjust the injection sequence.
  • the timing control can include a time and/or a length of the supply of the coolant to the working chamber by means of the injector. Accordingly, the time of injection of the coolant into the working chamber and/or the length of the injection and thus the quantity can be controlled in a targeted manner.
  • the control unit can be designed to control the supply of the refrigerant to the working space by means of the injector as a continuous, towards a top dead center swelling injection quantity of the refrigerant. Accordingly, the injected quantity of refrigerant is not necessarily constant, but can increase towards the end of compression in order to keep the additional proportion of refrigerant mass introduced into the compressor as low as possible.
  • the control unit can be designed to control the supply of the refrigerant to the working chamber by means of the injector during an expansion process of the refrigerant compressor, during a compression process of the refrigerant compressor and/or at several points in time during all work cycles of the refrigerant compressor.
  • the point in time can thus occur both in the compression phase (upward movement of the piston) and in the expansion phase (downward movement of the piston).
  • the injection can occur in several sequences that extend over the entire work cycle.
  • the cooling circuit can further comprise an optional aftercooler for cooling the refrigerant from the refrigerant supply.
  • the aftercooler increases the cooling performance when cooling the compressor, since additional heat is extracted from the high-pressure refrigerant.
  • the aftercooler can, for example, be designed to cool the refrigerant from the refrigerant supply to a temperature that is essentially identical to an ambient temperature of the cooling circuit.
  • the aftercooler can be arranged between the high-pressure pump and the injector.
  • the refrigerant compressor can have a refrigerant compressor housing, whereby the high-pressure pump can be integrated in the refrigerant compressor housing. This enables a compact arrangement of high-pressure pump and compressor.
  • the refrigerant compressor can be a reciprocating piston compressor with at least one valve plate and at least one piston, wherein the injector can be integrated into the valve plate or arranged adjacent to the valve plate on the refrigerant compressor. This creates the possibility of utilizing the full stroke in the cylinder by the reciprocating piston.
  • the cooling of the compression takes place in a refrigerant compressor with a targeted supply of cooling refrigerant from ambient temperature into the working chamber.
  • the refrigerant is supplied at a pressure significantly above the high pressure in the refrigeration circuit.
  • the necessary high pressure is provided by a pump for liquid or supercritical refrigerant.
  • the injection is ensured by one or more injection nozzles in the working chamber.
  • this pressure level must be selected so that no evaporation occurs due to pressure losses within the subsequent lines and components.
  • a sufficient pressure level must be achieved in order to apply sufficient pre-pressure to the injector. This mode of operation achieves an increase in efficiency.
  • the mass present in the working chamber can be adjusted to increase the re-expansion time by specifically injecting high-pressure refrigerant in the expansion phase (downward piston movement). This makes it possible for only a corresponding, limited amount of fresh suction gas to be taken in during the next suction.
  • cooling is a broad term which should be given its usual and common meaning as understood by the person skilled in the art.
  • the term is not restricted to a specific or adapted meaning.
  • the term can, without restriction, refer in particular to a process in which heat or thermal energy is removed from a system or object. Cooling is therefore also referred to as desuperheating.
  • the removal of heat from solids and liquids takes place by heat transfer according to a temperature gradient.
  • the processes are heat conduction, heat radiation and convection. Cooling is usually based on the transfer of heat from the body to be cooled to the cooling medium and its transport.
  • the refrigerant can be supplied from the refrigerant supply to the working chamber by means of the injector at a pressure that is at least 4 bar and preferably at least 5 bar above the discharge pressure of the refrigerant compressor.
  • the pressure can, for example, be up to 200 bar above the discharge pressure of the refrigerant compressor. This pressure level ensures that no evaporation of the refrigerant occurs due to pressure losses within the subsequent lines and components. In addition, this represents a sufficient pressure level to apply sufficient pre-pressure to the injector.
  • Cooling the refrigerant using the heat exchanger can include recooling and/or condensing the refrigerant. This increases the cooling capacity when cooling the refrigerant compressor.
  • the refrigerant can be supplied from the refrigerant supply to the working space by means of the injector in a substantially single-phase state.
  • the refrigerant can be fed from the refrigerant reservoir to the working chamber in a liquid or supercritical state using the injector.
  • the cooling circuit is therefore suitable for operation in the subcritical as well as the supercritical range of the refrigerant.
  • the method can further comprise distributing the refrigerant within the working chamber and/or spraying the refrigerant onto a refrigerant compressor wall of the refrigerant compressor that delimits the working chamber by means of the injector.
  • the injection process can accordingly preferably be carried out in such a way that the finely atomized refrigerant jet is well distributed within the working chamber and/or sprayed in parts onto the cylinder wall.
  • the method can further comprise temporally controlling the supply of the coolant to the working chamber by means of the injector using a control unit. Accordingly, the injector can inject the coolant into the working chamber at a time triggered by the control unit.
  • the method may further comprise controlling the supply of the refrigerant to the working chamber by means of the injector based on at least one parameter selected from the group consisting of: pressure in the working chamber, temperature in the working chamber, crank angle position of the refrigerant compressor, suction temperature of the refrigerant compressor, suction pressure of the refrigerant compressor, high temperature in the cooling circuit and high pressure in the cooling circuit.
  • the timing control can include a time and/or a length of the supply of the coolant to the working chamber by means of the injector. Accordingly, the time of injection of the coolant into the working chamber and/or the length of the injection and thus the quantity can be controlled in a targeted manner.
  • the refrigerant can be supplied to the working chamber by means of the injector as a continuous injection quantity of the refrigerant increasing towards a top dead center. Accordingly, the injected quantity of refrigerant is not necessarily constant, but can increase towards the end of compression in order to increase the cooling of the compressor.
  • the method can further comprise controlling the supply of the refrigerant to the working chamber by means of the injector during an expansion process of the refrigerant compressor, during a compression process of the refrigerant compressor and/or at several points in time during a working cycle of the refrigerant compressor.
  • the point in time can thus be in the compression phase (upward movement of the piston) as well as in the expansion phase (downward movement of the piston).
  • the injection can take place in several sequences that extend over the entire working cycle.
  • the method may further comprise cooling the refrigerant from the refrigerant supply using an aftercooler.
  • the aftercooler increases the cooling capacity when cooling the compressor, since additional heat is removed from the high-pressure refrigerant.
  • the refrigerant can be cooled from the refrigerant supply to a temperature by means of the aftercooler that is essentially identical to an ambient temperature of the cooling circuit.
  • the aftercooler can be arranged between the high-pressure pump and the injector.
  • the refrigerant compressor can be a reciprocating piston compressor with at least one valve plate and at least one piston, wherein the injector can be integrated into the valve plate or arranged adjacent to the valve plate on the refrigerant compressor. This creates the possibility of utilizing the full stroke in the cylinder by the reciprocating piston.
  • a computer program with program code means is proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its embodiments when the program is executed on a computer or computer network.
  • the program code means can be stored on a computer-readable data carrier and/or a computer-readable storage medium.
  • computer-readable data carrier and “computer-readable storage medium” as used here can refer in particular to non-transitory data storage, for example a hardware data storage medium on which computer-executable instructions are stored.
  • the computer-readable data carrier or the computer-readable storage medium can in particular be or comprise a storage medium such as a random-access memory (RAM) and/or a read-only memory (ROM).
  • RAM random-access memory
  • ROM read-only memory
  • a data carrier is proposed on which a data structure is stored which, after being loaded into a working and/or main memory of a computer or computer network, can carry out the method according to the invention in one of its embodiments.
  • Also proposed within the scope of the present invention is a computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier in order to carry out the method according to the invention in one of its embodiments when the program is executed on a computer or computer network.
  • a computer program product is understood to be a program as a tradable product. It can basically be in any form, for example on paper or a computer-readable data carrier, and can in particular be distributed via a data transmission network.
  • a modulated data signal which contains instructions executable by a computer system or computer network for carrying out a method according to one of the described embodiments.
  • any of the method steps can be carried out by means of a computer or computer network.
  • these steps can comprise any of the method steps, excluding the steps which require manual work, for example the provision of samples and/or certain aspects of carrying out actual measurements.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a cooling circuit 100 according to the invention.
  • the cooling circuit 100 comprises a refrigerant compressor 102 with at least one working chamber 104.
  • the cooling circuit 100 further comprises a heat exchanger 106.
  • the heat exchanger 106 is connected to a pressure chamber of the refrigerant compressor 102 (not shown in detail) which has a pressure connection.
  • the heat exchanger 106 is a condenser or gas cooler depending on the refrigerant used. For example, in the case of NH 3 as the refrigerant, the heat exchanger 106 is designed as a condenser and in the case of CO 2 as the refrigerant, it is designed as a gas cooler.
  • the heat exchanger 106 has a fluid collection chamber 108.
  • the fluid collection chamber 108 is designed to form a refrigerant supply from refrigerant.
  • the fluid collection chamber 108 is a collector or liquid separator depending on the refrigerant used.
  • the cooling circuit 100 further comprises an expansion element 110 connected to the heat exchanger 106 or the fluid collection chamber 108 and an evaporator 112 which is connected to the expansion element 110 and to a suction chamber of the refrigerant compressor 102 (not shown in detail and having a suction connection).
  • the cooling circuit 100 further comprises a supply unit 114.
  • the supply unit 114 is connected to the fluid collection chamber 108 and the refrigerant compressor 102.
  • the supply unit 114 has a high-pressure pump 116 and an injector 118.
  • the supply unit 114 is designed to supply refrigerant from the refrigerant supply of the fluid collection chamber 108 to the working chamber 104 by means of the injector 118 at a pressure above a discharge pressure of the refrigerant compressor 102.
  • the supply unit 114 is designed to supply refrigerant from the refrigerant supply to the working chamber 102 by means of the injector 118 at a pressure that is at least 4 bar and preferably at least 5 bar above the discharge pressure of the refrigerant compressor 102.
  • the pressure of the refrigerant supplied to the working chamber 102 can be up to 200 bar above the discharge pressure of the refrigerant compressor 102.
  • the supply unit 114 is designed to supply essentially single-phase refrigerant from the refrigerant supply to the working chamber 104 by means of the injector 118.
  • the supply unit 114 is also designed to supply refrigerant from the refrigerant supply to the working chamber 104 by means of the injector 118 in a liquid or supercritical state of the refrigerant.
  • the cooling circuit 100 further comprises a control unit 120.
  • the control unit 120 is designed to control the timing of the supply of the coolant to the working chamber 104 by means of the injector 118.
  • the temporal control includes a time and/or a length of the supply of the refrigerant to the working chamber 104 by means of the injector 118.
  • control unit 120 is designed to control the supply of the refrigerant to the working chamber 104 by means of the injector 118 based on at least one parameter selected from the group consisting of: pressure in the working chamber 104, temperature in the working chamber 104, crank angle position of the refrigerant compressor 102, suction temperature of the refrigerant compressor 102, suction pressure of the refrigerant compressor 102, high temperature in the cooling circuit 100 and high pressure in the cooling circuit 100.
  • the control unit 120 is designed to control the supply of the refrigerant to the working chamber 104 by means of the injector 118 as a continuous injection quantity of the refrigerant that increases towards a top dead center.
  • control unit 120 is designed to control the supply of the refrigerant to the working chamber 104 by means of the injector 118 during an expansion process of the refrigerant compressor 102, during a compression process of the refrigerant compressor 102 and/or at several points in time during all work cycles of the refrigerant compressor 102.
  • the cooling circuit 100 further comprises an optional aftercooler 122 for cooling the refrigerant from the refrigerant supply.
  • the aftercooler 122 is designed to cool the refrigerant from the refrigerant supply to a temperature that is substantially identical to an ambient temperature of the cooling circuit 100.
  • the aftercooler 122 is arranged between the high-pressure pump 116 and the injector 118.
  • the refrigerant compressor 102 can have a refrigerant compressor housing (not shown in detail) in which the high-pressure pump 116 is integrated.
  • FIG 2 shows a schematic arrangement of the injector 118 on the refrigerant compressor 102.
  • the refrigerant compressor 102 is shown during a compression process and is in the right part of the Figure 2 the refrigerant compressor 102 during an expansion process.
  • the refrigerant compressor 102 may be a reciprocating compressor having at least one valve plate 124 and at least one piston 126.
  • the injector 118 may be integrated into the valve plate 124 or may be arranged adjacent to the valve plate 124 on the refrigerant compressor 102.
  • the injector 118 can have at least one injection nozzle 128.
  • the injector 118 can have a valve 130 that is integrated into the valve plate 124 or adjacent to the valve plate 124.
  • the valve 130 is an electronically controlled valve, such as piezo-controlled.
  • the control of the valve 130 can be carried out by the control unit 120.
  • the injector 118 is designed to distribute the refrigerant within the working chamber 104 and/or to spray the refrigerant onto a refrigerant compressor wall 132 of the refrigerant compressor 102 that delimits the working chamber 104, such as a cylinder wall.
  • the refrigerant coming from the evaporator 112 is sucked in by means of the refrigerant compressor 102.
  • the sucked-in refrigerant is compressed by means of the refrigerant compressor 102.
  • the pressure of the refrigerant increases in the process.
  • the compressed refrigerant is then released by the refrigerant compressor 102 and fed to the heat exchanger 106, where it is cooled by means of the heat exchanger 106.
  • the refrigerant can be recooled in supercritical operation and liquefied in subcritical operation. In each case, heat is extracted from the refrigerant.
  • the cooled refrigerant is then fed to the fluid collection chamber 108.
  • refrigerant supply Part of the refrigerant from the refrigerant supply is then fed to the expansion element 110, where the refrigerant expands. This part of the refrigerant is then fed to the evaporator 112, where it evaporates and is then sucked in again by the refrigerant compressor 102.
  • the injector 118 is integrated into the valve plate 124 or arranged adjacent to the valve plate 124 on the refrigerant compressor 102. Another part of the refrigerant from the refrigerant supply of the fluid collection chamber 108 is supplied by the high-pressure pump 116 to the working chamber 104 by means of the injector 118 at a pressure above a discharge pressure of the refrigerant compressor 102. The refrigerant from the refrigerant supply is supplied by means of the injector 118 to the working chamber 104 at a pressure that is at least 4 bar and preferably at least 5 bar above the discharge pressure of the refrigerant compressor 102, such as at least 10 bar above the discharge pressure of the refrigerant compressor 102.
  • the coolant from the coolant supply can be cooled by means of the aftercooler 122.
  • the coolant from the coolant supply can be cooled by means of the aftercooler 122 to a temperature that is essentially identical to an ambient temperature of the cooling circuit 100.
  • the aftercooler 122 can be arranged between the high-pressure pump 116 and the injector 118.
  • the refrigerant is distributed within the working chamber 104 by means of the injector 118.
  • the refrigerant is sprayed onto a refrigerant compressor wall 132 of the refrigerant compressor 102 that delimits the working chamber 104 by means of the injector 118.
  • the injector 118 is designed in such a way that the channel from the electronically controlled valve 130 is sufficiently short to utilize the effect of the boiling delay due to the relaxation on the pressure level in the working chamber 104.
  • the boiling delay during expansion via the injector 118 should lead to targeted evaporation as a spray in the working chamber 104 of the refrigerant compressor 102.
  • the control unit 120 will control the time of supply of the coolant to the working chamber 104 by means of the injector 118.
  • the time control of the supply of coolant to the working chamber 104 includes a time and/or a length of supply of the coolant to the working chamber 104 by means of the injector 118.
  • the control of the supply of the coolant to the working chamber 104 by means of the injector 118 is based on at least one parameter selected from the group consisting of: pressure in the working chamber 104, temperature in the working chamber 104, crank angle position of the coolant compressor 102, Suction temperature of the refrigerant compressor 102, suction pressure of the refrigerant compressor 102, high temperature in the cooling circuit 100 and high pressure in the cooling circuit 100.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf und ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlkreislaufs.
    • Technischer Hintergrund
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Kühlung eine Kältemaschine nach dem Kompressionskälteprinzip zu verwenden. Grundsätzliche Komponenten einer solchen Kältemaschine sind ein Verdichter (auch Kompressor genannt), ein Wärmeübertrager, wie beispielsweise ein Verflüssiger (luft- oder wassergekühlt), ein Drosselorgan (meist Expansionsventil) und ein Verdampfer. Der Verdichter (bzw. Kompressor) saugt den gasförmigen Arbeitsstoff, also das Kältemittel, aus dem Verdampfer an. Das Kältemittel wird im Verdichter auf einen höheren Druck gebracht. Dabei erwärmt sich dieses Gas. Nun gelangt dieses komprimierte Gas in den Wärmeübertrager bzw. Verflüssiger, wo es unter nahezu gleichbleibendem Druck abgekühlt wird. Durch den Wärmeentzug verflüssigt sich das Kältemittel bzw. kühlt ab. Anschließend gelangt das Kältemittel zum Drosselorgan, wo es auf einen niedrigeren Druck entspannt wird. Unter Wärmezufuhr im nachgeschalteten Verdampfer beginnt das Kältemittel zu sieden, also zu verdampfen. Die Umgebung kühlt sich dabei ab. Dieser Vorgang läuft ununterbrochen, solange der Kompressor in Betrieb ist. Das Kältemittel verbraucht sich nicht, da es sich in einem geschlossenen Kreislauf befindet.
  • Kältemittelverdichter werden als Komponente in einem Kältekreislauf häufig mit der theoretisch zugrunde liegenden isentropen Zustandsänderung beschrieben. Dies liegt daran, dass Kältemittelverdichter häufig nicht aktiv gekühlt werden und durch innere Reibung Dissipation auftritt. Hinzu kommt, dass bei sauggasgekühlten Maschinen der Motor und gegebenenfalls auch die Leistungselektronik durch das Kältemittel gekühlt wird, bevor es in den Arbeitsraum eintritt. Dies führt dazu, dass in der Gesamtbetrachtung eine überisentrope Verdichtung zugrunde gelegt werden muss, die eine Verdichtungsendtemperatur deutlich oberhalb der Umgebungstemperatur aufweist. Aus thermodynamischer Sicht ist das jedoch nur bedingt sinnvoll. Mit Blick auf den optimalen thermodynamischen Kreisprozess nach Carnot ergibt sich die Schlussfolgerung, dass unterhalb Umgebungstemperatur eine möglichst isentrope Verdichtung anzustreben ist, oberhalb Umgebungstemperatur sollte die Verdichtung idealerweise isotherm verlaufen. Darüber hinaus sollte jegliche Erwärmung des Sauggases vor dem Eintritt in den Arbeitsraum vermieden werden. Idealerweise erfolgt der Eintritt direkt von der Siedelinie, wohl wissentlich, dass sich dies technisch nur schwer realisieren lässt.
  • Gerade bei Kältemitteln mit vergleichsweise geringem Molekülgewicht ergibt sich durch eine (über-)isentrope Verdichtung bei entsprechenden Druckverhältnissen eine sehr hohe Verdichtungsendtemperatur, insbesondere dann, wenn zusätzlich ein innerer Wärmeübertrager zum Einsatz kommt. Dies kann den Verdichter langfristig schädigen bzw. die Einsatzgrenzen stark einschränken.
  • Technisch wird zur Vermeidung sehr hoher Verdichtungsendtemperaturen aktuell entweder eine Kühlung des Zylinderkopfes mit einem einfachen Ventilator sichergestellt oder es kommt die Dampfeinspritzung (flüssig und/oder gasförmig) zum Einsatz. Insbesondere letztere wird mitunter in Kombination mit der Economizer-Schaltung eingesetzt. Hierbei ergeben sich mehrere Möglichkeiten zum Einspritzen des Kältemittels. So kann eine Einspritzung bzw. Einblasen des Kältemittels auf der Saugseite oder eine Einspritzung bzw. Einblasen direkt in den Arbeitsraum über Kanäle auf einem Druckniveau zwischen Druck- und Sauggas erfolgen. In Prozessgasverdichtern oder sehr großen Industrie-Kältemittelverdichtern sowie bei NH3-Hubkolbenverdichtern wird teilweise auch eine Wasserkühlung eingesetzt.
  • Aus der WO 2014/100156 A1 ist eine Kompressoranordnung bekannt, die einen Kompressionszylinder und einen in dem Kompressionszylinder angeordneten Kompressionskolben enthalten kann, der einen in dem Kompressionszylinder angeordneten Dampf von einem Saugdruck auf einen Auslassdruck komprimiert. Die Kompressoranordnung kann zusätzlich eine Kurbelwelle enthalten, die den Kompressionskolben innerhalb des Kompressionszylinders zyklisch bewegt, und eine Einspritzöffnung in Fluidverbindung mit dem Kompressionszylinder, die selektiv Mitteldruckdampf mit einem Druck zwischen dem Saugdruckdampf und dem Auslassdruckdampf dem Kompressionszylinder zuführt. Die Einspritzöffnung kann den Mitteldruckdampf an den Kompressionszylinder übertragen, wenn der Kompressionskolben die Einspritzöffnung freilegt, und kann daran gehindert werden, den Zwischendruckdampf an den Kompressionszylinder zu übertragen, wenn der Kompressionskolben die Einspritzöffnung blockiert.
  • Aus der WO 2015/071128 A1 ist ein Kühlkreislauf umfassend einen Kältemittelverdichter mit einem Sauganschluss und mit einer einen Druckanschluss aufweisenden Druckkammer, einen im Kühlkreislauf auf den Druckanschluss folgend angeordneten Verflüssiger mit einem Fluidsammelraum, in welchem sich ein Kältemittelvorrat aus Kältemittel bildet, einen im Kühlkreislauf zwischen dem Verflüssiger und dem Sauganschluss liegenden Verdampfer, und eine einerseits mit dem Kältemittelvorrat und andererseits mit der Druckkammer verbundene Zufuhreinheit zur Zufuhr von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu der Druckkammer, welche eine Pumpeinheit für das Kältemittel umfasst, bekannt. Die Pumpeinheit weist ein druckdicht abgeschlossenes und nur mit einem Einlass sowie einem Auslass als Zugänge versehenes Gehäuse auf, in dessen Pumpkammer ein zum Pumpen des Kältemittels bewegbares Pumpelement angeordnet ist.
  • Aus der US 2015/159919 A1 ist eine Wärmepumpeneinheit bekannt, die einen Wärmepumpenkreislauf bildet, in dem ein Kolbenverdichter, ein Kondensator, ein Expansionsventil und ein Verdampfer in einem Kältemittelkreislaufweg angeordnet sind. Die Wärmepumpeneinheit umfasst einen Kältemittelflüssigkeits-Rückführweg zum Zurückführen eines Teils der Kältemittelflüssigkeit, die durch den Kondensator kondensiert wurde, zu einer Auslasskammer, die in einer Zylinderkopfanordnung des Kolbenverdichters vorgesehen ist, so dass ein Teil der Kältemittelflüssigkeit der Auslasskammer über den Kältemittelflüssigkeits-Rückführweg zugeführt wird und ein Auslassgasdurchgang durch Verdampfungswärme der Kältemittelflüssigkeit gekühlt wird. Entsprechend beschreibt die US 2015/159919 A1 das Zuführen von Kältemittelflüssigkeit in eine Druckkammer des Verdichters. US 2015/1599919 A1 offenbart einen Kühlkreislauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Kühlkreisläufe beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So ist die Kühlung mittels Luftstroms am Zylinderkopf eine sehr einfache Methode, die gerade zur geringen Absenkung der Verdichtungsendtemperatur genutzt werden kann. Effizienzvorteile oder Möglichkeiten zur Einflussnahme auf den Teillastbetrieb sind allerdings nicht möglich. Die Zufuhr von Kältemittel in Verbindung mit Economizer-Schaltungen besitzt grundsätzlich den Nachteil, dass das Druckniveau teils erheblich unterhalb des Hochdruckniveaus liegt. Zwar sind diese Kreisläufe in der Lage, eine Effizienzsteigerung sowie eine gezielte Verbreiterung des Teillastbereichs zu erzeugen, der Einsatzbereich ist aber immer durch die Drucklage und den Zustand des eingespritzten Kältemittels bestimmt. Darüber hinaus findet die Einspritzung entweder gasförmig oder in einem mehr oder weniger gut definierbaren Dampf mit entsprechendem Flüssigkeitsgehalt statt. Mögliche eingesetzte Wasserkühlkreisläufe für Verdichter sind teuer und benötigen zusätzlich alle Komponenten für den Wasserkreislauf inklusive Kühlung desselben. Darüber hinaus steht Wasser als Kühlmittel nicht überall uneingeschränkt zur Verfügung.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Es wäre daher wünschenswert, einen Kühlkreislauf und ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlkreislaufs bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Kühlkreisläufe zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll die Erfindung eine Wärmeabfuhr bei der Verdichtung, das gezielte Absenken der Verdichtungsendtemperatur sowie die Anpassung des Liefergrades (Teillastfall) auf besonders effiziente Art ermöglichen.
    • Allgemeine Beschreibung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird adressiert durch einen Kühlkreislauf und ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlkreislaufs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
  • Im Folgenden werden die Begriffe "haben", "aufweisen", "umfassen" oder "einschließen" oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck "A hat B", "A weist B auf", "A umfasst B" oder "A schließt B ein" sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
  • Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe "mindestens ein" und "ein oder mehrere" sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.
  • Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe "vorzugsweise", "insbesondere", "beispielsweise" oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch "in einer Ausführungsform der Erfindung" oder durch "in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung" eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
  • In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher ein Kühlkreislauf vorgeschlagen. Der Begriff "Kühlkreislauf", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein System und bevorzugt geschlossenes System beziehen, das mittels eines Verdichters Wärmeenergie von einer kälteren, zu kühlenden, Stelle in eine wärmere Umgebung transportiert. Der Kühlkreislauf kann dabei auf einem thermodynamischen Kreisprozess beruhen.
  • Der Kühlkreislauf umfasst einen Kältemittelverdichter mit mindestens einem Arbeitsraum. Ist der Kältemittelverdichter beispielsweise als Mehrzylindermaschine ausgebildet, weist der Kältemittelverdichter mehr als einen Arbeitsraum auf, beispielsweise pro Zylinder einen Arbeitsraum.
  • Der Begriff "Kältemittelverdichter", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Maschine (Fluidenergiemaschine) beziehen, die einem eingeschlossenen Gas mechanische Arbeit zuführt. Verdichter werden zum Komprimieren von Gasen verwendet. Sie erhöhen den Druck und die Dichte des Gases.
  • Der Begriff "Arbeitsraum", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Raum eines Verdichters beziehen, in dem die Verdichtung des Gases stattfindet. Der Arbeitsraum befindet sich zwischen dem Verdichtergehäuse und einem oder mehreren Verdrängern, wie beispielsweise Kolben. Der Arbeitsraum befindet sich aus Sicht des Flusses des Arbeitsstoffs bei einem Verdichter zwischen einer Saugkammer, in die das Gas zunächst eingesaugt wird, und einer Druckkammer, der das verdichtete Gas zugeführt wird, bevor es aus dem Verdichter ausgestoßen wird. Beispielsweise wird bei einem Hubkolbenverdichter Gas in einem Zylinder von einem hin- und hergehenden Kolben in die Saugkammer angesaugt, im Arbeitsraum verdichtet und das verdichtete Gas aus der Druckkammer wieder ausgestoßen.
  • Der Kühlkreislauf umfasst weiterhin einen Wärmeübertrager mit einem Fluidsammelraum. Der Fluidsammelraum ist zum Bilden eines Kältemittelvorrats aus Kältemittel ausgebildet. Der Begriff "Wärmeübertrager", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Apparat beziehen, der thermische Energie von einem Stoffstrom auf einen anderen überträgt.
  • Der Wärmeübertrager kann ein Verflüssiger oder Gaskühler sein. Der Begriff "Verflüssiger", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Apparat beziehen, in welchem ein Stoff vom gasförmigen Aggregatzustand in den flüssigen Aggregatzustand durch Kondensation überführt wird. Der Begriff "Verflüssiger" wird synonym zu dem Begriff "Kondensator" verwendet. In Kälteanlagen dienen Verflüssiger der Verflüssigung des dampfförmigen Kältemittels. Das ermöglicht in Kälteanlagen einen geschlossenen Kreisprozess. Der Begriff "Gaskühler", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Apparat beziehen, der einem Gas Wärme entzieht und dieses somit abkühlt. So erfolgt beispielsweise bei einer überkritischen Betriebsweise keine Verflüssigung des Kältemittels.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt in dem Wärmeübertrager somit bei unterkritischer Betriebsweise eine Verflüssigung des Kältemittels, wie dies bei den üblichen kommerziell eingesetzten Kältemitteln (außer Kohlendioxid - CO2) der Fall ist, jedoch bei überkritischer Betriebsweise nur eine Kühlung des Kältemittels, ohne dass dieses verflüssigt wird.
  • Der Begriff "Fluidsammelraum", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Raum beziehen, in dem Kältemittel vorrübergehend gesammelt und gespeichert wird. Somit sammelt sich bei unterkritischer Betriebsweise im Fluidsammelraum flüssiges Kältemittel, jedoch bei überkritischer Betriebsweise gekühltes, gasförmiges Kältemittel. Der Fluidsammelraum kann ein Flüssigkeitsabscheider sein. Der Zweck eines Flüssigkeitsabscheiders ist die kontinuierliche Zufuhr von flüssigem Kältemittel zum Expansionsorgan sowie das Speichern von überschüssigem Kältemittel im Kreislauf.
  • Der Kühlkreislauf umfasst weiterhin eine Zufuhreinheit. Die Zufuhreinheit ist mit dem Fluidsammelraum und dem Kältemittelverdichter verbunden. Die Zufuhreinheit weist eine Hochdruckpumpe und einen Injektor auf. Die Zufuhreinheit ist zum Zuführen von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors bei einem Druck oberhalb eines Abgabedrucks des Kältemittelverdichters ausgebildet.
  • Der Begriff "Zufuhreinheit", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, die eingerichtet ist, Kältemittel aus dem Fluidsammelraum zu entnehmen und dieses mittels einer Hochdruckpumpe zu dem Verdichter zu fördern, wo das Kältemittel mittels des Injektors direkt in den Arbeitsraum eingespritzt wird.
  • Der Begriff "Hockdruckpumpe", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Pumpe beziehen, die einen hohen Druck erzeugt, der erzeugte Druck liegt dabei in jedem Fall oberhalb des Abgabedrucks des Kältemittelverdichters. Das Arbeitsprinzip der Pumpe umfasst dabei sowohl die mechanisch als auch die thermisch angetriebene Druckerhöhung.
  • Der Begriff "Inj ektor", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, die zum Zuführen oder Einspritzen von Kältemittel in den Arbeitsraum des Kältemittelverdichters ausgebildet ist. Der Injektor kann dabei ein Ventil aufweisen. Beispielsweise umfasst der Injektor ein oder mehrere Einspritzdüsen, die jeweils aus einem Düsenkörper und einer Düsennadel bestehen.
  • Entsprechend erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Kühlkreislauf die Kühlung der Verdichtung in einem Kältemittelverdichter mit gezielter Zufuhr von kühlendem Kältemittel ab Umgebungstemperatur in den Arbeitsraum. Die Zufuhr von Kältemittel erfolgt mit einem Druck deutlich oberhalb des Hochdrucks im Kältekreislauf. Die notwendige Hochdruckbereitstellung erfolgt durch eine Pumpe für flüssiges oder überkritisches Kältemittel. Die Injektion wird durch ein oder mehrere Einspritzdüsen in den Arbeitsraum sichergestellt. Zunächst wird Kältemittel auf der Hochdruckseite im flüssigen oder überkritischen Zustand nach dem Wärmeübertrager in Form eines Verflüssigers/Gaskühlers aus einem Reservoir entnommen und über eine Hochdruckpumpe auf ein Druckniveau deutlich oberhalb des Hochdrucks komprimiert. Dieses Druckniveaus ist einerseits so zu wählen, dass sowohl durch Druckverluste innerhalb der nachfolgenden Leitungen und Komponenten keinerlei Verdampfung auftritt. Andererseits muss ein hinreichendes Druckniveau erreicht werden, um den Injektor mit genügend Vordruck zu beaufschlagen. Durch diese Betriebsweise wird eine Effizienzsteigerung realisiert.
  • Als nützlicher Nebeneffekt des frei wählbaren Einspritzpunkts kann durch gezieltes Eindüsen von Hochdruckkältemittel in der Expansionsphase (Kolbenabwärtsbewegung) die im Arbeitsraum vorhandene Masse zur Vergrößerung der Rückexpansionszeit eingestellt werden. Es ist damit möglich, dass nur eine korrespondierende, eingeschränkte Menge an frischem Sauggas beim nächsten Ansaugen aufgenommen wird.
  • Die Zufuhreinheit kann ausgebildet sein zum Zuführen von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors bei einem Druck, der mindestens 4 bar und bevorzugt mindestens 5 bar über dem Abgabedruck des Kältemittelverdichters liegt. Der Druck kann beispielsweise bis zu 200 bar über dem Abgabedruck des Kältemittelverdichters liegen. Durch dieses Druckniveau wird sichergestellt, dass sowohl durch Druckverluste innerhalb der nachfolgenden Leitungen und Komponenten bedingt keinerlei Verdampfung des Kältemittels auftritt. Außerdem stellt dies ein hinreichendes Druckniveau dar, um den Injektor mit genügend Vordruck zu beaufschlagen.
  • Die Zufuhreinheit kann ausgebildet sein zum Zuführen von im Wesentlichen einphasigem Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors. Dadurch wird ein sehr effizientes Kühlen des Verdichtungsvorgangs ermöglicht.
  • Die Zufuhreinheit kann ausgebildet sein zum Zuführen von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors in einem flüssigen oder überkritischen Zustand. Somit eignet sich der Kühlkreislauf für eine Betriebsweise im unterkritischen als auch im überkritischen Bereich des Kältemittels.
  • Der Injektor kann mindestens eine Einspritzdüse aufweisen. Insbesondere können mehrere Einspritzdüsen pro Arbeitsraum bzw. pro Verdichter, falls mehrere Arbeitsräume vorhanden sind, vorgesehen sein. Dadurch lässt sich das Kältemittel im Arbeitsraum verdüsen, was den Kühlungseffekt durch schnelle Verdampfung vergrößert.
  • Der Injektor kann ausgebildet sein zum Verteilen des Kältemittels innerhalb des Arbeitsraums und/oder zum Sprühen des Kältemittels an eine den Arbeitsraum begrenzende Kältemittelverdichterwand des Kältemittelverdichters, insbesondere eine Zylinderwand. Der Vorgang des Eindüsens kann entsprechend vorzugsweise so geschehen, dass der fein vernebelte Kältemittelstrahl innerhalb des Arbeitsraumes gut verteilt und/oder in Teilen an die Zylinderwand gesprüht wird.
  • Der Injektor kann ein Ventil aufweisen. Der Kältemittelverdichter kann mindestens eine Ventilplatte aufweisen. Das Ventil kann in die Ventilplatte integriert sein oder an die Ventilplatte angrenzen. Mit anderen Worten kann der Injektor direkt in der Ventilplatte verbaut oder durch eine dünne Verbindungsleitung mit dem Arbeitsraum verbunden sein. Dabei ist eine Anordnung möglichst nahe an dem Arbeitsraum bevorzugt. Der Injektor ist dabei so gestaltet, dass der Kanal vom Ventil, bevorzugt ein elektronisch gesteuertes Ventil (z.B. piezo-gesteuert), hinreichend kurz ist, um den Effekt des Siedeverzugs durch die Entspannung auf das Druckniveau im Arbeitsraum zu nutzen. Der Siedeverzug bei der Expansion über den Injektor soll zu einer gezielten Verdampfung als Spray im Arbeitsraum des Verdichters führen.
  • Der Begriff "Ventilplatte", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein plattenförmiges Bauteil beziehen, das den Arbeitsraum eines Verdichters verschließt und in welchem Ventile zum Einlassen eines fluiden Mediums in und Auslassen des fluiden Mediums aus dem Arbeitsraum angeordnet sind. Bei einem Hubkolbenverdichter ist die Ventilplatte üblicherweise auf der dem oberen Totpunkt des Kolbens zugewandten Seite des Verdichtergehäuses angeordnet.
  • Der Kühlkreislauf kann weiterhin eine Steuereinheit umfassen, die zum zeitlichen Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors ausgebildet ist. Entsprechend kann der Injektor zeitlich getriggert durch die Steuereinheit das Kältemittel in den Arbeitsraum eindüsen.
  • Der Begriff "Steuereinheit", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen zentralen Bestandteil eines Computers beziehen, in dem Rechenoperationen ablaufen und der weitere Funktionen steuert.
  • Die Steuereinheit kann ausgebildet sein zum Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors basierend auf mindestens einem Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Druck im Arbeitsraum, Temperatur im Arbeitsraum, Kurbelwinkelstellung des Kältemittelverdichters, Saugtemperatur des Kältemittelverdichters, Saugdruck des Kältemittelverdichters, Hochtemperatur im Kühlkreislauf und Hochdruck im Kühlkreislauf. Diese möglichen Signale können somit zum gezielten Einstellen der Einspritzsequenz verwendet werden.
  • Das zeitliche Steuern kann einen Zeitpunkt und/oder eine Länge der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors umfassen. Entsprechend lässt sich der Zeitpunkt des Einspritzens des Kältemittels in den Arbeitsraum und/oder auch die Länge des Einspritzens und somit die Menge gezielt steuern.
  • Die Steuereinheit kann ausgebildet sein zum Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors als eine kontinuierliche, zu einem oberen Totpunkt hin schwellende Einspritzmenge des Kältemittels. Entsprechend ist die eingespritzte Menge an Kältemittel nicht zwingend konstant, sondern kann zum Ende der Verdichtung hin zunehmen, um den zusätzlich eingebrachten Anteil der Kältemittelmasse in den Verdichter so gering wie möglich zu halten.
  • Die Steuereinheit kann ausgebildet sein zum Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors während eines Expansionsvorgangs des Kältemittelverdichters, während eines Verdichtungsvorgangs des Kältemittelverdichters und/oder zu mehreren Zeitpunkten während aller Arbeitstakte des Kältemittelverdichters. Somit kann der Zeitpunkt sowohl in der Kompressionsphase (Aufwärtsbewegung des Kolbens) als auch in der Expansionsphase (Abwärtsbewegung des Kolbens) erfolgen. Ebenso kann das Einspritzen in mehreren Sequenzen erfolgen, die sich über das komplette Arbeitsspiel erstrecken.
  • Der Kühlkreislauf kann weiterhin einen optionalen Nachkühler zum Kühlen des Kältemittels aus dem Kältemittelvorrat umfassen. Der Nachkühler erhöht die Kühlungsleistung beim Kühlen des Verdichters, da dem unter Hochdruck stehenden Kältemittel zusätzlich Wärme entzogen wird. Der Nachkühler kann beispielsweise ausgebildet sein zum Kühlen des Kältemittels aus dem Kältemittelvorrat auf eine Temperatur, die im Wesentlichen identisch zu einer Umgebungstemperatur des Kühlkreislaufs ist. Der Nachkühler kann zwischen der Hochdruckpumpe und dem Injektor angeordnet sein.
  • Der Kältemittelverdichter kann ein Kältemittelverdichtergehäuse aufweisen, wobei die Hochdruckpumpe in dem Kältemittelverdichtergehäuse integriert sein kann. Damit wird eine kompakte Anordnung von Hochdruckpumpe und Verdichter realisiert.
  • Der Kältemittelverdichter kann ein Hubkolbenverdichter mit mindestens einer Ventilplatte und mit mindestens einem Kolben sein, wobei der Injektor in die Ventilplatte integriert oder an die Ventilplatte angrenzend an dem Kältemittelverdichter angeordnet sein kann. Somit wird die Möglichkeit zur Ausnutzung des vollen Hubs im Zylinder durch den Hubkolben geschaffen.
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlkreislaufs vorgeschlagen. Der Kühlkreislauf weist einen Kältemittelverdichter mit mindestens einem Arbeitsraum, einen Wärmeübertrager mit einem Fluidsammelraum, wobei der Fluidsammelraum zum Bilden eines Kältemittelvorrats aus Kältemittel ausgebildet ist, und eine Zufuhreinheit auf. Die Zufuhreinheit ist mit dem Fluidsammelraum und dem Kältemittelverdichter verbunden. Die Zufuhreinheit weist eine Hochdruckpumpe und einen Injektor auf. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
    • Ansaugen eines Kältemittels mittels des Kältemittelverdichters,
    • Verdichten des Kältemittels mittels des Kältemittelverdichters,
    • Kühlen des Kältemittels mittels des Wärmeübertragers,
    • Zuführen des gekühlten Kältemittels zu dem Fluidsammelraum, und
    • Zuführen von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat des Fluidsammelraums zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors bei einem Druck oberhalb eines Abgabedrucks des Kältemittelverdichters.
  • Entsprechend erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kühlung der Verdichtung in einem Kältemittelverdichter mit gezielter Zufuhr von kühlendem Kältemittel ab Umgebungstemperatur in den Arbeitsraum. Die Zufuhr von Kältemittel erfolgt mit einem Druck deutlich oberhalb des Hochdrucks im Kältekreislauf. Die notwendige Hochdruckbereitstellung erfolgt durch eine Pumpe für flüssiges oder überkritisches Kältemittel. Die Injektion wird durch ein oder mehrere Einspritzdüsen in den Arbeitsraum sichergestellt. Zunächst wird Kältemittel auf der Hochdruckseite im flüssigen oder überkritischen Zustand nach dem Wärmeübertrager in Form eines Verflüssigers/Gaskühlers aus einem Reservoir entnommen und über eine Hochdruckpumpe auf ein Druckniveau deutlich oberhalb des Hochdrucks komprimiert. Dieses Druckniveaus ist einerseits so zu wählen, dass sowohl durch Druckverluste innerhalb der nachfolgenden Leitungen und Komponenten keinerlei Verdampfung auftritt. Andererseits muss ein hinreichendes Druckniveau erreicht werden, um den Injektor mit genügend Vordruck zu beaufschlagen. Durch diese Betriebsweise wird eine Effizienzsteigerung realisiert.
  • Als nützlicher Nebeneffekt des frei wählbaren Einspritzpunkts kann durch gezieltes Eindüsen von Hochdruckkältemittel in der Expansionsphase (Kolbenabwärtsbewegung) die im Arbeitsraum vorhandene Masse zur Vergrößerung der Rückexpansionszeit eingestellt werden. Es ist damit möglich, dass nur eine korrespondierende, eingeschränkte Menge an frischem Sauggas beim nächsten Ansaugen aufgenommen wird.
  • Der Begriff "Kühlen", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Vorgang beziehen, bei dem einem System oder Gegenstand Wärme bzw. thermische Energie entzogen wird. Kühlung wird deshalb auch als Enthitzung bezeichnet. Der Entzug von Wärme geht bei Feststoffen und Flüssigkeiten durch Wärmeübertragung entsprechend einem Temperaturgradienten vonstatten. Die Prozesse sind dabei Wärmeleitung, Wärmestrahlung und die Konvektion. Eine Kühlung basiert meist auf der Übertragung der Wärme vom zu kühlenden Körper zum Kühlmedium und dessen Transport.
  • Das Kältemittel kann aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors bei einem Druck zugeführt werden, der mindestens 4 bar und bevorzugt mindestens 5 bar über dem Abgabedruck des Kältemittelverdichters liegt. Der Druck kann beispielsweise bis zu 200 bar über dem Abgabedruck des Kältemittelverdichters liegen. Durch dieses Druckniveau wird sichergestellt, dass sowohl durch Druckverluste innerhalb der nachfolgenden Leitungen und Komponenten bedingt keinerlei Verdampfung des Kältemittels auftritt. Außerdem stellt dies ein hinreichendes Druckniveau dar, um den Injektor mit genügend Vordruck zu beaufschlagen.
  • Das Kühlen des Kältemittels mittels des Wärmeübertragers kann Rückkühlen und/oder Verflüssigen des Kältemittels umfassen. Dies erhöht die Kühlleistung beim Kühlen des Kältemittelverdichters.
  • Das Kältemittel kann aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors in einem im Wesentlichen einphasigen Zustand zugeführt werden.
  • Das Kältemittel kann aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors in einem flüssigen oder überkritischen Zustand zugeführt werden. Somit eignet sich der Kühlkreislauf für eine Betriebsweise im unterkritischen als auch im überkritischen Bereich des Kältemittels.
  • Das Verfahren kann weiterhin Verteilen des Kältemittels innerhalb des Arbeitsraums und/oder Sprühen des Kältemittels an eine den Arbeitsraum begrenzende Kältemittelverdichterwand des Kältemittelverdichters mittels des Injektors umfassen. Der Vorgang des Eindüsens kann entsprechend vorzugsweise so geschehen, dass der fein vernebelte Kältemittelstrahl innerhalb des Arbeitsraumes gut verteilt und/oder in Teilen an die Zylinderwand gesprüht wird.
  • Das Verfahren kann weiterhin mittels einer Steuereinheit zeitliches Steuern der Zufuhr des Kältemittels mittels des Injektors zu dem Arbeitsraum umfassen. Entsprechend kann der Injektor zeitlich getriggert durch die Steuereinheit das Kältemittel in den Arbeitsraum eindüsen.
  • Das Verfahren kann weiterhin umfassen Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors basierend auf mindestens einem Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Druck im Arbeitsraum, Temperatur im Arbeitsraum, Kurbelwinkelstellung des Kältemittelverdichters, Saugtemperatur des Kältemittelverdichters, Saugdruck des Kältemittelverdichters, Hochtemperatur im Kühlkreislauf und Hochdruck im Kühlkreislauf. Diese möglichen Signale können somit zum gezielten Einstellen der Einspritzsequenz verwendet werden.
  • Das zeitliche Steuern kann einen Zeitpunkt und/oder eine Länge der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors umfassen. Entsprechend lässt sich der Zeitpunkt des Einspritzens des Kältemittels in den Arbeitsraum und/oder auch die Länge des Einspritzens und somit die Menge gezielt steuern.
  • Das Kältemittel kann zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors als eine kontinuierliche, zu einem oberen Totpunkt hin schwellende Einspritzmenge des Kältemittels zugeführt werden. Entsprechend ist die eingespritzte Menge an Kältemittel nicht zwingend konstant, sondern kann zum Ende der Verdichtung hin zunehmen, um die Kühlung des Verdichters zu verstärken.
  • Das Verfahren kann weiterhin Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum mittels des Injektors während eines Expansionsvorgangs des Kältemittelverdichters, während eines Verdichtungsvorgangs des Kältemittelverdichters und/oder zu mehreren Zeitpunkten eines Arbeitsspiels des Kältemittelverdichters umfassen. Somit kann der Zeitpunkt sowohl in der Kompressionsphase (Aufwärtsbewegung des Kolbens) als auch in der Expansionsphase (Abwärtsbewegung des Kolbens) erfolgen. Ebenso kann das Einspritzen in mehreren Sequenzen erfolgen, die sich über das komplette Arbeitsspiel erstrecken.
  • Das Verfahren kann weiterhin Kühlen des Kältemittels aus dem Kältemittelvorrat mittels eines Nachkühlers umfassen. Der Nachkühler erhöht die Kühlungsleitung beim Kühlen des Verdichters, da dem unter Hochdruck stehenden Kältemittel zusätzlich Wärme entzogen wird.
  • Das Kältemittel kann aus dem Kältemittelvorrat auf eine Temperatur mittels des Nachkühlers gekühlt werden, die im Wesentlichen identisch zu einer Umgebungstemperatur des Kühlkreislaufs ist. Der Nachkühler kann zwischen der Hochdruckpumpe und dem Injektor angeordnet werden.
  • Der Kältemittelverdichter kann ein Hubkolbenverdichter mit mindestens einer Ventilplatte und mindestens einem Kolben sein, wobei der Injektor in die Ventilplatte integriert oder an die Ventilplatte angrenzend an dem Kältemittelverdichter angeordnet werden kann. Somit wird die Möglichkeit zur Ausnutzung des vollen Hubs im Zylinder durch den Hubkolben geschaffen.
  • Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.
  • Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
  • Der Begriffe "computerlesbarer Datenträger" und "computerlesbares Speichermedium", wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Datenspeicher beziehen, beispielsweise ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem computer-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random-Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder umfassen.
  • Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.
  • Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.
  • Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.
  • Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.
  • Im Hinblick auf die computer-implementierten Aspekte der Erfindung können einer, mehrere oder sogar alle Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß einer oder mehreren der hier vorgeschlagenen Ausgestaltungen mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Somit können, allgemein, jegliche der Verfahrensschritte, einschließlich der Bereitstellung und/oder Manipulation von Daten mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Allgemein können diese Schritte jegliche der Verfahrensschritte umfassen, ausgenommen der Schritte, welche manuelle Arbeit erfordern, beispielsweise das Bereitstellen von Proben und/oder bestimmte Aspekte der Durchführung tatsächlicher Messungen.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
  • Im Einzelnen zeigen:
    • Figur 1
    ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs; und
    Figur 2
    eine schematische Anordnung des Injektors am Kältemittelverdichter.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Figur 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs 100. Der Kühlkreislauf 100 umfasst einen Kältemittelverdichter 102 mit mindestens einem Arbeitsraum 104. Der Kühlkreislauf 100 umfasst weiterhin einen Wärmeübertrager 106. Der Wärmeübertrager 106 ist mit einer nicht näher gezeigten und einen Druckanschluss aufweisenden Druckkammer des Kältemittelverdichters 102 verbunden. Der Wärmeübertrager 106 ist in Abhängigkeit von dem verwendeten Kältemittel ein Verflüssiger oder Gaskühler. Beispielsweise ist der Wärmeübertrager 106 im Fall von NH3 als Kältemittel als Verflüssiger und im Fall von CO2 als Kältemittel als Gaskühler ausgebildet. Der Wärmeübertrager 106 weist einen Fluidsammelraum 108 auf. Der Fluidsammelraum 108 ist zum Bilden eines Kältemittelvorrats aus Kältemittel ausgebildet. Der Fluidsammelraum 108 ist in Abhängigkeit von dem verwendeten Kältemittel ein Sammler oder Flüssigkeitsabscheider. Um einen geschlossenen Kühlkreislauf 100 zu realisieren weist der Kühlkreislauf 100 weiterhin ein mit dem Wärmeübertrager 106 bzw. dem Fluidsammelraum 108 verbundenes Expansionsorgan 110 und einen Verdampfer 112 auf, der mit dem Expansionsorgan 110 und mit einer nicht näher gezeigten und einen Sauganschluss aufweisenden Saugkammer des Kältemittelverdichters 102 verbunden ist.
  • Der Kühlkreislauf 100 umfasst weiterhin eine Zufuhreinheit 114. Die Zufuhreinheit 114 ist mit dem Fluidsammelraum 108 und dem Kältemittelverdichter 102 verbunden. Die Zufuhreinheit 114 weist eine Hochdruckpumpe 116 und einen Injektor 118 auf. Die Zufuhreinheit 114 ist zum Zuführen von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat des Fluidsammelraums 108 zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118 bei einem Druck oberhalb eines Abgabedrucks des Kältemittelverdichters 102 ausgebildet. Insbesondere ist die Zufuhreinheit 114 zum Zuführen von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum 102 mittels des Injektors 118 bei einem Druck ausgebildet ist, der mindestens 4 bar und bevorzugt mindestens 5 bar über dem Abgabedruck des Kältemittelverdichters 102 ist. Der Druck des dem Arbeitsraum 102 zugeführten Kältemittels kann bis zu 200 bar über dem Abgabedruck des Kältemittelverdichters 102 liegen. Die Zufuhreinheit 114 ist zum Zuführen von im Wesentlichen einphasigen Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118 ausgebildet. So ist die Zufuhreinheit 114 weiterhin zum Zuführen von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118 in einem flüssigen oder überkritischen Zustand des Kältemittels ausgebildet ist.
  • Der Kühlkreislauf 100 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 120. Die Steuereinheit 120 ist zum zeitlichen Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors118 ausgebildet. Das zeitliche Steuern umfasst einen Zeitpunkt und/oder eine Länge der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118. So ist die Steuereinheit 120 ausgebildet zum Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118 basierend auf mindestens einem Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Druck im Arbeitsraum 104, Temperatur im Arbeitsraum 104, Kurbelwinkelstellung des Kältemittelverdichters 102, Saugtemperatur des Kältemittelverdichters 102, Saugdruck des Kältemittelverdichters 102, Hochtemperatur im Kühlkreislauf 100 und Hochdruck im Kühlkreislauf 100. Insbesondere ist die Steuereinheit 120 ausgebildet zum Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118 als eine kontinuierliche, zu einem oberen Totpunkt hin schwellende Einspritzmenge des Kältemittels. Grundsätzlich ist die Steuereinheit 120 zum Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118 während eines Expansionsvorgangs des Kältemittelverdichters 102, während eines Verdichtungsvorgangs des Kältemittelverdichters 102 und/oder zu mehreren Zeitpunkten während aller Arbeitstake des Kältemittelverdichters 102 ausgebildet.
  • Der Kühlkreislauf 100 umfasst weiterhin einen optionalen Nachkühler 122 zum Kühlen des Kältemittels aus dem Kältemittelvorrat. Der Nachkühler 122 ist ausgebildet zum Kühlen des Kältemittels aus dem Kältemittelvorrat auf eine Temperatur, die im Wesentlichen identisch zu einer Umgebungstemperatur des Kühlkreislaufs 100 ist. Wie in Figur 1 gezeigt, ist der Nachkühler 122 zwischen der Hochdruckpumpe 116 und dem Injektor 118 angeordnet. Abweichend zu der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform kann der Kältemittelverdichter 102 ein nicht näher gezeigtes Kältemittelverdichtergehäuse aufweisen, in dem die Hochdruckpumpe 116 integriert ist.
  • Figur 2 zeigt eine schematische Anordnung des Injektors 118 am Kältemittelverdichter 102. Dabei ist im linken Teil der Figur 2 der Kältemittelverdichter 102 während eines Verdichtungsvorgangs gezeigt und ist im rechten Teil der Figur 2 der Kältemittelverdichter 102 während eines Expansionsvorgangs gezeigt. Wie in Figur 2 gezeigt, kann der Kältemittelverdichter 102 ein Hubkolbenverdichter mit mindestens einer Ventilplatte 124 und mit mindestens einem Kolben 126 sein. Der Injektor 118 kann in die Ventilplatte 124 integriert oder an die Ventilplatte 124 angrenzend an dem Kältemittelverdichter 102 angeordnet sein. Wie in Figur 2 weiterhin gezeigt, kann der Injektor 118 mindestens eine Einspritzdüse 128 aufweist. Der Injektor 118 kann ein Ventil 130 aufweisen, das in die Ventilplatte 124 integriert oder an die Ventilplatte 124 angrenzt. Das Ventil 130 ist ein elektronisch gesteuertes Ventil, wie beispielsweise piezo-gesteuert. Die Ansteuerung des Ventils 130 kann durch die Steuereinheit 120 erfolgen. Der Injektor 118 ist zum Verteilen des Kältemittels innerhalb des Arbeitsraums 104 und/oder zum Sprühen des Kältemittels an eine den Arbeitsraum 104 begrenzende Kältemittelverdichterwand 132 des Kältemittelverdichters 102, wie beispielsweise eine Zylinderwand, ausgebildet.
  • Nachstehend wird anhand der Figuren 1 und 2 ein Verfahren zum Betreiben des Kühlkreislaufs 100 beschrieben. Das vom Verdampfer 112 kommende Kältemittel wird mittels des Kältemittelverdichters 102 angesaugt. Das angesaugte Kältemittel wird mittels des Kältemittelverdichters 102 verdichtet. Dabei erhöht sich der Druck des Kältemittels. Das verdichtete Kältemittel wird anschließend vom Kältemittelverdichter 102 abgegeben und dem Wärmeübertrager 106 zugeführt, wo es mittels des Wärmeübertragers 106 gekühlt wird. Dabei kann das Kältemittel bei überkritischer Betriebsweise rückgekühlt und bei unterkritischer Betriebsweise verflüssigt werden. In jedem Fall wird dem Kältemittel Wärme entzogen. Nachfolgend wird das gekühlte Kältemittel dem Fluidsammelraum 108 zugeführt. Dort bildet es einen Kältemittelvorrat. Ein Teil des Kältemittels aus dem Kältemittelvorrat wird dann dem Expansionsorgan 110 zugeführt, wo sich das Kältemittel entspannt. Anschließend wird dieser Teil des Kältemittels dem Verdampfer 112 zugeführt, wo es verdampft und anschließend wieder vom Kältemittelverdichter 102 angesaugt wird.
  • Der Injektor 118 wird in die Ventilplatte 124 integriert oder an die Ventilplatte 124 angrenzend an dem Kältemittelverdichter 102 angeordnet. Ein anderer Teil des Kältemittels aus dem Kältemittelvorrat des Fluidsammelraums 108 wird von der Hochdruckpumpe 116 dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118 bei einem Druck oberhalb eines Abgabedrucks des Kältemittelverdichters 102 zugeführt. Das Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat wird mittels des Injektors 118 dem Arbeitsraum 104 bei einem Druck zugeführt wird, der mindestens 4 bar und bevorzugt mindestens 5 bar über dem Abgabedruck des Kältemittelverdichters 102 ist, wie beispielsweise mindestens 10 bar über dem Abgabedruck des Kältemittelverdichters 102. Zu diesem Zweck wird das Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat mittels der Hochdruckpumpe 116 mit Druck beaufschlagt und dann vom Injektor 118 in den Arbeitsraum 104 eingespritzt. Insbesondere wird mittels des Injektors 118 das Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum 104 in einem im Wesentlichen einphasigen Zustand zugeführt. So wird mittels des Injektors das Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum in einem flüssigen oder überkritischen Zustand zugeführt.
  • Optional kann das Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat mittels des Nachkühlers 122 gekühlt werden. Dabei kann das Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat mittels des Nachkühlers 122 auf eine Temperatur gekühlt werden, die im Wesentlichen identisch zu einer Umgebungstemperatur des Kühlkreislaufs 100 ist. Zu diesem Zweck kann der Nachkühler 122 zwischen der Hochdruckpumpe 116 und dem Injektor 118 angeordnet werden.
  • Wie in Figur 2 zu erkennen ist, wird mittels des Injektors 118 das Kältemittel innerhalb des Arbeitsraums 104 verteilt. Alternativ oder zusätzlich wird mittels des Injektors 118 das Kältemittel an eine den Arbeitsraum 104 begrenzende Kältemittelverdichterwand 132 des Kältemittelverdichters 102 gesprüht. Der Injektor 118 ist dabei so gestaltet, dass der Kanal vom elektronisch gesteuerten Ventil 130 hinreichend kurz ist, um den Effekt des Siedeverzugs durch die Entspannung auf das Druckniveau im Arbeitsraum 104 zu nutzen. Der Siedeverzug bei der Expansion über den Injektor 118 soll zu einer gezielten Verdampfung als Spray im Arbeitsraum 104 des Kältemittelverdichters 102 führen.
  • Von der Steuereinheit 120 wird die Zufuhr des Kältemittels mittels des Injektors 118 zu dem Arbeitsraum 104 zeitlich gesteuert werden. Das zeitliche Steuern der Zufuhr an Kältemittel zu dem Arbeitsraum 104 umfasst einen Zeitpunkt und/oder eine Länge der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118. Das Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118 basiert dabei auf mindestens einem Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Druck im Arbeitsraum 104, Temperatur im Arbeitsraum 104, Kurbelwinkelstellung des Kältemittelverdichters 102, Saugtemperatur des Kältemittelverdichters 102, Saugdruck des Kältemittelverdichters 102, Hochtemperatur im Kühlkreislauf 100 und Hochdruck im Kühlkreislauf 100. Grundsätzlich kann das Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118 während eines Expansionsvorgangs des Kältemittelverdichters 102, während eines Verdichtungsvorgangs des Kältemittelverdichters 102 und/oder zu mehreren Zeitpunkten eines Arbeitsspiels des Kältemittelverdichters 102 erfolgen. Beispielsweise wird das Kältemittel zu dem Arbeitsraum 104 mittels des Injektors 118 als eine kontinuierliche, zu einem oberen Totpunkt hin schwellende Einspritzmenge des Kältemittels zugeführt.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Kühlkreislauf
    102
    Kältemittelverdichter
    104
    Arbeitsraum
    106
    Wärmeübertrager
    108
    Fluidsammelraum
    110
    Expansionsorgan
    112
    Verdampfer
    114
    Zufuhreinheit
    116
    Hochdruckpumpe
    118
    Injektor
    120
    Steuereinheit
    122
    Nachkühler
    124
    Ventilplatte
    126
    Kolben
    128
    Einspritzdüse
    130
    Ventil
    132
    Kältemittelverdichterwand

Claims (15)

  1. Kühlkreislauf (100) umfassend
    einen Kältemittelverdichter (102) mit mindestens einem Arbeitsraum (104),
    einen Wärmeübertrager (106) mit einem Fluidsammelraum (108), wobei der Fluidsammelraum (108) zum Bilden eines Kältemittelvorrats aus Kältemittel ausgebildet ist, und
    eine Zufuhreinheit (114), wobei die Zufuhreinheit (114) mit dem Fluidsammelraum (108) und dem Kältemittelverdichter (102) verbunden ist, wobei die Zufuhreinheit (114) eine Hochdruckpumpe (116) und einen Injektor (118) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinheit (114) zum Zuführen von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) bei einem Druck oberhalb eines Abgabedrucks des Kältemittelverdichters (102) ausgebildet ist.
  2. Kühlkreislauf (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Zufuhreinheit (114) zum Zuführen von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) bei einem Druck ausgebildet ist, der mindestens 4 bar und bevorzugt mindestens 5 bar über dem Abgabedruck des Kältemittelverdichters (102) ist.
  3. Kühlkreislauf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmeübertrager (106) ein Verflüssiger oder Gaskühler ist.
  4. Kühlkreislauf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zufuhreinheit (114) zum Zuführen von im Wesentlichen einphasigen Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) ausgebildet ist und/oder wobei die Zufuhreinheit (114) zum Zuführen von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) in einem flüssigen oder überkritischen Zustand ausgebildet ist.
  5. Kühlkreislauf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Injektor (118) mindestens eine Einspritzdüse (128) aufweist.
  6. Kühlkreislauf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Injektor (118) zum Verteilen des Kältemittels innerhalb des Arbeitsraums (104) und/oder zum Sprühen des Kältemittels an eine den Arbeitsraum (104) begrenzende Kältemittelverdichterwand (132) des Kältemittelverdichters (102), insbesondere eine Zylinderwand, ausgebildet ist.
  7. Kühlkreislauf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Injektor (118) ein Ventil (130) aufweist, wobei der Kältemittelverdichter (102) mindestens eine Ventilplatte (124) aufweist, wobei das Ventil (130) in die Ventilplatte (124) integriert ist oder an die Ventilplatte (124) angrenzt.
  8. Kühlkreislauf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Steuereinheit (120), wobei die Steuereinheit (120) zum zeitlichen Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) ausgebildet ist, wobei das zeitliche Steuern insbesondere einen Zeitpunkt und/oder eine Länge der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) umfasst.
  9. Kühlkreislauf (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit (120) ausgebildet ist zum Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) basierend auf mindestens einem Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Druck im Arbeitsraum (104), Temperatur im Arbeitsraum (104), Kurbelwinkelstellung des Kältemittelverdichters (102), Saugtemperatur des Kältemittelverdichters (102), Saugdruck des Kältemittelverdichters (102), Hochtemperatur im Kühlkreislauf (100) und Hochdruck im Kühlkreislauf (100), und/oder wobei die Steuereinheit (120) ausgebildet ist zum Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) als eine kontinuierliche, zu einem oberen Totpunkt hin schwellende Einspritzmenge des Kältemittels und/oder wobei die Steuereinheit (120) zum Steuern der Zufuhr des Kältemittels zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) während eines Expansionsvorgangs des Kältemittelverdichters (102), während eines Verdichtungsvorgangs des Kältemittelverdichters (102) und/oder zu mehreren Zeitpunkten während aller Arbeitstake des Kältemittelverdichters (102) ausgebildet ist.
  10. Kühlkreislauf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Nachkühler (122) zum Kühlen des Kältemittels aus dem Kältemittelvorrat, insbesondere zum Kühlen auf eine Temperatur, die im Wesentlichen identisch zu einer Umgebungstemperatur des Kühlkreislaufs (100), wobei der Nachkühler (122) bevorzugt zwischen der Hochdruckpumpe (116) und dem Injektor (118) angeordnet ist.
  11. Kühlkreislauf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kältemittelverdichter (102) ein Kältemittelverdichtergehäuse aufweist, wobei die Hochdruckpumpe (116) in dem Kältemittelverdichtergehäuse integriert ist.
  12. Kühlkreislauf (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kältemittelverdichter (102) ein Hubkolbenverdichter mit mindestens einer Ventilplatte (124) und mit mindestens einem Kolben (126) ist, wobei der Injektor (118) in die Ventilplatte (124) integriert oder an die Ventilplatte (124) angrenzend an dem Kältemittelverdichter (102) angeordnet ist.
  13. Verfahren zum Betreiben eines Kühlkreislaufs (100), insbesondere eines Kühlkreislaufs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkreislauf (100) einen Kältemittelverdichter (102) mit mindestens einem Arbeitsraum (104), einen Wärmeübertrager (106) mit einem Fluidsammelraum (108), wobei der Fluidsammelraum (108) zum Bilden eines Kältemittelvorrats aus Kältemittel ausgebildet ist, und eine Zufuhreinheit (114) aufweist, wobei die Zufuhreinheit (114) mit dem Fluidsammelraum (108) und dem Kältemittelverdichter (102) verbunden ist, wobei die Zufuhreinheit (114) eine Hochdruckpumpe (116) und einen Injektor (118) aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
    - Ansaugen eines Kältemittels mittels des Kältemittelverdichters (102)
    - Verdichten des Kältemittels mittels des Kältemittelverdichters (102),
    - Kühlen, insbesondere Rückkühlen und/oder Verflüssigen, des Kältemittels mittels des Wärmeübertragers (106),
    - Zuführen des gekühlten Kältemittels zu dem Fluidsammelraum (108), und
    - Zuführen von Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat des Fluidsammelraums (108) zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) bei einem Druck oberhalb eines Abgabedrucks des Kältemittelverdichters (102).
  14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) bei einem Druck zugeführt wird, der mindestens 4 bar und bevorzugt mindestens 5 bar über dem Abgabedruck des Kältemittelverdichters (102) ist.
  15. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) in einem im Wesentlichen einphasigen Zustand zugeführt wird und/oder wobei das Kältemittel aus dem Kältemittelvorrat zu dem Arbeitsraum (104) mittels des Injektors (118) in einem flüssigen oder überkritischen Zustand zugeführt wird.
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