EP4226102A1 - Verfahren zum betrieb einer kältekreislaufvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer kältekreislaufvorrichtung

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EP4226102A1
EP4226102A1 EP21801413.2A EP21801413A EP4226102A1 EP 4226102 A1 EP4226102 A1 EP 4226102A1 EP 21801413 A EP21801413 A EP 21801413A EP 4226102 A1 EP4226102 A1 EP 4226102A1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
internal heat
refrigerant
expansion device
evaporator
Prior art date
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Pending
Application number
EP21801413.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Hafner
Christopher Wrede
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Viessmann Climate Solutions SE
Original Assignee
Viessmann Climate Solutions SE
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F25B2700/171—Speeds of the compressor

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a refrigeration cycle device according to the preamble of claim 1 .
  • a method of the type mentioned at the outset is also known from patent document DE 11 2015 003 005 T5.
  • a refrigerant is compressed with a compressor, the compressed refrigerant being fed to a condenser to release heat, wherein refrigerant condensed at the condenser is subsequently fed 20 to a primary side of an internal heat exchanger to release heat, with the refrigerant cooled on the primary side of the internal heat exchanger being conducted through an expansion valve, with the refrigerant expanded at the expansion valve being fed to an evaporator to absorb heat , wherein the refrigerant evaporated at the evaporator is fed further 25 to a secondary side of the internal heat exchanger to absorb heat, the cold heated on the secondary side of the internal heat exchanger (which is why this heat exchanger is also called suction gas heat exchanger).
  • the evaporator can optionally be directly connected to the secondary side of the inner Heat exchanger or connected with the interposition of other refrigeration circuit components such as a liquid separator is formed.
  • the object of the invention is to improve a method of the type mentioned at the outset.
  • a method is to be created with which the supply of vaporous refrigerant to the compressor can be regulated particularly well.
  • the method according to the invention is characterized in that an additional expansion device is used to regulate the suction gas temperature, with this being arranged parallel to the internal heat exchanger and between the condenser and the evaporator.
  • the stipulation “parallel” used is to be understood in the sense of the term “parallel circuit” (i.e. in particular not geometric) which is known in particular from electrical engineering, i.e. H .
  • the additional expansion device is in a bypass around the internal heat exchanger and the expansion device are arranged, the latter preferably also being used in addition to control the suction gas temperature.
  • a connection of the additional expansion device is designed to be connected directly (in particular via a line and without the interposition of further heat pump components) to a connection of the evaporator. Furthermore, it is also preferably provided that a connection of the evaporator is designed to be connected via a fork-shaped line both directly to a connection of the expansion device and (as already explained) directly to a connection of the additional expansion device.
  • the additional expansion device is arranged parallel to the internal heat exchanger and 15 between the condenser and the evaporator.
  • a solution is preferably also provided in which, as will be discussed in more detail below, two additional expansion devices are provided.
  • all of the aforementioned expansion devices are designed to be adjustable or controllable. In the case of one option, however, and this will also be explained again further below, one of the three expansion devices could be designed as uncontrollable or fixed 25 .
  • a device is known from the prior art mentioned at the outset--viewed purely objectively--in which an expansion device is connected downstream of the internal heat exchanger on the one hand and an additional expansion device is connected upstream on the other.
  • the additional expansion device claimed in claim 1 (there 17a) is only used insofar as the coolant flows through it. It only has an expanding or decompressing effect after switching to the second refrigerant circuit, which is ultimately designed as a double circuit and in which the primary side of the internal heat exchanger (there 18a) of the additional expansion device (there - as already explained - 17a) is connected upstream.
  • a refrigeration cycle device which also has an additional expansion device, but which is arranged as a bypass to the internal heat exchanger between the evaporator and the compressor.
  • a refrigeration cycle device is also known from the document EP 2 489 774 B1, in which, according to the German translation so-called control devices are provided (reference numerals 30, 32, 34, 36, 46, 48 and 50 there); a look at the original English version shows that these control devices are "on-off valves” or "three-way valves", i.e. in particular not throttle means 5 (compare reference number 18 there). throttle means” ) or additional expansion devices as provided according to the invention for controlling a pressure drop relevant for the suction gas temperature.
  • a refrigeration cycle device is also known from document DE 10 2013 113 221 A1, in which a controllable shut-off device is connected upstream of the internal heat exchanger.
  • a controllable shut-off device is connected upstream of the internal heat exchanger.
  • it is not an additional expansion device within the meaning of the solution according to the invention, but quite specifically a 3-way valve (reference number 17A there), with which the mass flow of the refrigerant (and thus in particular not its pressure drop) should be regulated.
  • Document WO 2017/212058 A1 discloses a refrigeration cycle device in which the refrigerant can be routed past the internal heat exchanger (or at least part of it) with the aid of a bypass line, with so-called controllable valves (there Reference numerals 14 and 22) are provided. However, these 25 are in no case arranged parallel to the expansion device (reference number 4 there).
  • FIG. 1 shows an embodiment of a refrigeration cycle device (not according to the invention) with an additional expansion device connected downstream of the condenser and upstream of the internal heat exchanger; 15
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the refrigeration circuit device according to the invention with an additional expansion device arranged parallel to the heat exchanger and between the condenser and the evaporator; 20
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the refrigeration circuit device according to the invention with an additional expansion device arranged downstream of the condenser and upstream of the internal heat exchanger and parallel to the heat exchanger and between the condenser and the evaporator; and
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the refrigeration cycle device according to the invention, in which, as in the second embodiment, two additional expansion devices are provided and in which the expansion device is designed as a fixed throttle.
  • the four refrigeration cycle devices shown in the figures are all (apart from FIG. 1) suitable for implementing the method according to the invention for operating a refrigeration cycle device.
  • a refrigerant is first compressed in a known manner using a compressor 1 , the compressed refrigerant being fed to a condenser 2 for dissipating heat, with refrigerant condensed on the condenser 2 continuing on a primary side 3 . 1 of an internal heat exchanger 3 for dissipating heat 10 is supplied, the primary side 3 .
  • changeover valve 9 preferably a 4-2-way valve
  • the reference number 2 is assigned to the condenser and the reference number 5 to the evaporator, as stated above.
  • operating mode II the heat exchanger with the reference number 5 then becomes the condenser and correspondingly the heat exchanger with the reference number 2 becomes the evaporator.
  • mode I is described as heating or cooling mode ultimately depends only on the direction in which the heat is or should be transported. In the following, for the sake of simplicity—and which is also possible due to the (essentially) symmetrical design of the refrigeration cycle device according to the invention—mode I is equated with heating mode and mode II with cooling mode.
  • the expansion device 4 is designed to be uncontrollable or fixed (i.e. as a simple throttle), while the control takes place via the two additional expansion devices 6 arranged parallel to one another, with the fixed expansion device 4 then after the inner heat exchanger 3 can be arranged.
  • the refrigerant evaporated at the evaporator 5 is first fed to a liquid separator 7 10 and then to the secondary side 3 .2 of the internal heat exchanger 3 .
  • a liquid separator 7 is arranged between the evaporator 5 and the secondary side 3 .2 of the internal heat exchanger 3 .
  • a liquid separator consists of a container which is designed to be connected at its lower end to the evaporator 5 (or in operating mode II to the condenser).
  • a tube bent in a U-shape is provided, which has an opening at its one free end and at its deepest point.
  • the liquid separator 7 is arranged between the evaporator 5 and the secondary side 3 .2 of the internal heat exchanger 3 .
  • the liquid separator 7 is arranged between the heat exchanger 2 working as an evaporator and the secondary side 3 .2 of the internal heat exchanger 3 .
  • At least one additional expansion device 6 is regulated to a suction gas overheating of 5 to 15 K, in particular in the heating mode.
  • precisely one additional expansion device 6 is provided;
  • two additional expansion devices 6 are provided in each case, d. H . here the two additional expansion devices 6 are controlled in each case in such a way that the said suction gas overheating occurs or results.
  • the expansion device 4 is fully opened for maximum suction gas overheating.
  • the embodiment according to FIG. 2 is rather unsuitable for cooling operation;
  • the expansion device 6 arranged between the heat exchanger 3 and the heat exchanger then working as an evaporator is almost completely closed.
  • a refrigeration cycle device which consists of a compressor 1 for compressing a refrigerant. 1 of an internal heat exchanger 3 , the primary side 3 . 1 an expansion device 4, the expansion device 4 an evaporator 5, the evaporator 5 in the further course 20 a secondary side 3.2 of the internal heat exchanger 3 and the secondary side 3.2 of the compressor 1 is connected downstream.
  • an additional expansion device 6 is arranged in parallel 25 both to the internal heat exchanger 3 and to the expansion device 4 and between the condenser 2 and the evaporator 5 to regulate the suction gas temperature.
  • an electronic device 8 to be cooled preferably a frequency converter , is arranged on the 30 inner heat exchanger 3, preferably on its primary side 3 . 1 .
  • a temperature at which heat is transferred from the electronic device 8 to be cooled to the internal heat exchanger 3 , preferably to 15 of its primary side 3 . 1, is transmitted, is controlled with at least one additional expansion device 6.
  • FIG. 1 shows the operating mode I, in which the heat exchanger provided with the reference symbol 2 operates as a condenser.
  • the refrigerant is first compressed with the compressor 1 and conveyed to a first flow path of the changeover valve 9 and then to the condenser 2 . Once there, the refrigerant condenses and gives off heat in the process. It then reaches the additional expansion device 6, where it is throttled to a lower pressure to become.
  • heat is then transferred from the electronic device 8 to the refrigerant coming from the additional expansion device 6 and flowing through the primary side 3 . 1 of the heat exchanger 3 .
  • heat is simultaneously transferred from the primary side 3.1 of the heat exchanger 3 to its secondary side 3.2, which will be discussed in more detail below.
  • the refrigerant then enters the expansion device 4, where it is again throttled to an even lower pressure.
  • the refrigerant then reaches the evaporator 5, where heat is supplied to it, so that it in any case partially evaporates.
  • the refrigerant After the evaporator 5, the refrigerant then reaches the second flow path of the switchover valve 9 and from there to the liquid separator 7 already described in more detail above 1 to absorb heat from the primary side 3.1 of the heat exchanger 3, which then, depending on the position of the expansion valves 4, 6, results in an advantageous suction gas overheating of the refrigerant subsequently flowing to the compressor 1.
  • the switching valve 9 is now switched to the other operating mode (here cooling mode)
  • the refrigerant no longer flows after the compressor 1 at the switching valve 9 to the heat exchanger (formerly the condenser) 2, but directly to the heat exchanger 5, which now works as a condenser, whereby the expansion device 4, the primary side 3.1 of the heat exchanger 3, the additional expansion device 6 and the heat exchanger with the reference number 2, which then works as an evaporator 30, are then flowed through in the opposite direction until the refrigerant then turns to the switchover valve 9 and from there it is routed back to the liquid separator 7, in order to then also return to the compressor 1 after passing through the secondary side 3.2 of the heat exchanger 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kältekreislaufvorrichtung, wobei mit einem Verdichter (1) ein Kältemittel komprimiert wird, wobei das komprimierte Kältemittel einem Kondensator (2) zur Abgabe von Wärme zugeführt wird, wobei am Kondensator (2) kondensiertes Kältemittel im weiteren Verlauf einer Primärseite (3.1) eines inneren Wärmeübertragers (3) zur Abgabe von Wärme zugeführt wird, wobei das an der Primärseite (3.1) des inneren Wärmeübertragers (3) abgekühlte Kältemittel durch eine Expansionseinrichtung (4) geführt wird, wobei das an der Expansionseinrichtung (4) entspannte Kältemittel einem Verdampfer (5) zur Aufnahme von Wärme zugeführt wird, wobei das am Verdampfer (5) verdampfte Kältemittel im weiteren Verlauf zur Aufnahme von Wärme einer Sekundärseite (3.2) des inneren Wärmeübertragers (3) zugeführt wird, wobei das an der Sekundärseite (3.2) des inneren Wärmeübertragers (3) erwärmte Kältemittel dem Verdichter (1) zugeführt wird. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Sauggastemperaturregelung eine von der Primärseite (3.1) auf die Sekundärseite (3.2) des internen Wärmeübertragers (3) übertragene Wärmemenge mit Hilfe einer parallel zum Wärmeübertrager (3) und zwischen dem Kondensator (2) und dem Verdampfer (5) angeordneten Zusatz-Expansionseinrichtung (6) geregelt wird.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Kältekreislaufvorrichtung
Die Erfindung betrif ft ein Verfahren zum Betrieb einer Kälte- 5 kreislaufvorrichtung gemäß dem Oberbegrif f des Patentanspruchs 1 .
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument US 2006 /0080989 Al bekannt . 10
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist auch aus dem Patentdokument DE 11 2015 003 005 T5 bekannt . Bei diesem Verfahren wird ( siehe hierzu insbesondere Anspruch 1 dieser Schrift , und zwar die als ersten Kältemittelkreis beschriebene Varian- 15 te , sowie Figur 1 ) mit einem Verdichter ein Kältemittel komprimiert , wobei das komprimierte Kältemittel einem Kondensator zur Abgabe von Wärme zugeführt wird, wobei am Kondensator kondensiertes Kältemittel im weiteren Verlauf einer Primärseite eines inneren Wärmeübertragers zur Abgabe von Wärme zugeführt 20 wird, wobei das an der Primärseite des inneren Wärmeübertragers abgekühlte Kältemittel durch ein Expansionsventil geführt wird, wobei das am Expansionsventil entspannte Kältemittel einem Verdampfer zur Aufnahme von Wärme zugeführt wird, wobei das am Verdampfer verdampfte Kältemittel im weiteren Verlauf 25 zur Aufnahme von Wärme einer Sekundärseite des inneren Wärmeübertragers zugeführt wird, wobei das an der Sekundärseite des inneren Wärmeübertragers (weshalb man diesen Wärmeübertrager auch Sauggaswärmeübertrager nennt ) erwärmte Kältemittel dem Verdichter zugeführt wird . Die obige Maßgabe " im weiteren Ver- 30 lauf" bedeutet dabei hier und auch im Folgenden , dass der Verdampfer wahlweise direkt mit der Sekundärseite des inneren Wärmeübertragers oder unter Zwischenschaltung weiterer Kältekreiskomponenten wie beispielsweise einem Flüssigkeitsabscheider verbunden ausgebildet ist .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Verfahren der 5 eingangs genannten Art zu verbessern . Insbesondere soll ein Verfahren geschaf fen werden , mit dem sich die Zufuhr von dampf förmigen Kältemittel zum Verdichter besonders gut regeln lässt .
10
Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst .
Nach der Erfindung ist also vorgesehen , dass zur Sauggastempe- 15 raturregelung eine von der Primärseite auf die Sekundärseite des internen Wärmeübertragers übertragene Wärmemenge mit Hilfe einer parallel zum inneren Wärmeübertrager und zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angeordneten Zusatz-Expansions einrichtung, vorzugsweise ein Zusatzexpansionsventil ( siehe 20 hierzu siehe hierzu auch https : / /de .wikipedia . Org/w/index . php? title=Expansionsventil&oldid=1794 18293 ) , geregelt wird .
Mit anderen Worten zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren somit dadurch aus , dass zur Sauggastemperaturregelung eine 25 Zusatz-Expansionseinrichtung verwendet wird, wobei diese parallel zum inneren Wärmeübertrager und zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angeordnet ist . Die verwendete Maßgabe "parallel" ist dabei im Sinne des insbesondere aus der Elektrotechnik bekannten Begrif fs "Parallelschaltung" ( also insbe- 30 sondere nicht geometrisch ) zu verstehen , d . h . erfindungsgemäß ist die Zusatz-Expansionseinrichtung in einem Bypass um den inneren Wärmeübertrager und die Expansionseinrichtung angeordnet , wobei letztere vorzugsweise zusätzlich ebenfalls zur Regelung der Sauggastemperatur verwendet wird . Noch etwas konkreter ausgedrückt ist also vorgesehen , dass ein Anschluss der Zusatz-Expansionseinrichtung direkt ( insbesondere über eine 5 Leitung und ohne Zwischenschaltung weiterer Wärmepumpenkomponenten ) mit einem Anschluss des Verdampfers verbunden ausgebildet ist . Ferner ist außerdem bevorzugt vorgesehen , dass ein Anschluss des Verdampfers über eine gabelförmige Leitung sowohl direkt mit einem Anschluss der Expansionseinrichtung als 10 auch (wie bereits ausgeführt ) direkt mit einem Anschluss der Zusatz-Expansionseinrichtung verbunden ausgebildet ist .
Bei der beanspruchten Lösung ist die Zusatz-Expansionseinrichtung , wie erläutert , parallel zum inneren Wärmeübertrager und 15 zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angeordnet . Außerdem ist vorzugsweise aber auch noch eine Lösung vorgesehen , bei der , worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird, zwei Zusatz-Expansionseinrichtungen , vorgesehen sind .
20 Vorzugsweise ist dabei ferner vorgesehen , dass alle vorgenannten Expansionseinrichtungen einstell- bzw. regelbar ausgebildet sind . Bei einer Option könnte allerdings , und auch das wird weiter unten nochmals erläutert , eine der drei Expansionseinrichtungen als unregelbar bzw. feststehend ausgebildet 25 sein .
Aus dem eingangs genannten Stand der Technik ist dabei - rein gegenständlich betrachtet - eine Vorrichtung bekannt , bei der dem inneren Wärmeübertrager einerseits eine Expansionseinrich- 30 tung nach- und andererseits eine Zusatz-Expansionseinrichtung vorgeschaltet ist . Bei dieser Lösung wird die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beanspruchte Zusatz-Expansionseinrichtung ( dort 17a ) allerdings nur insofern benutzt , als sie vom Kältemittel durchströmt wird . Eine expandierende bzw. dekomprimierende Wirkung hat sie erst nach Umschaltung auf den zweiten Kältemittelkreis , der aber letztlich als Doppelkreis- 5 lauf ausgebildet ist und bei dem dann die Primärseite des inneren Wärmeübertragers ( dort 18a ) der Zusatz-Expansionseinrichtung ( dort - wie bereits ausgeführt - 17a ) vorgeschaltet ist .
10
Die vorgenannte Variante , bei der die übertragene Wärmemenge mit Hilfe einer parallel zum inneren Wärmeübertrager und zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angeordneten Zusatz- Expansionseinrichtung geregelt wird, ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik gegenständlich nicht bekannt . Dies- 15 bezüglich wird auch auf den Gegenstandsanspruch 7 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen .
Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen . 20
Der Vollständigkeit halber wird noch auf folgende Dokumente hingewiesen :
Aus dem Dokument EP 1 519 127 Al ist eine Kältekreislaufvor- 25 richtung bekannt , die zwar ebenfalls ein Zusatz-Expansionseinrichtung aufweist , die aber als Bypass zum inneren Wärmeübertrager zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter angeordnet ist .
30
Aus dem Dokument EP 2 489 774 Bl ist ebenfalls eine Kältekreislaufvorrichtung bekannt , bei der gemäß deutscher Überset- zung sogenannte Regelvorrichtungen vorgesehen sind ( dort Bezugszeichen 30 , 32 , 34 , 36 , 46 , 48 und 50 ) ; schon der Blick in die englische Originalfassung zeigt aber , dass es sich bei diesen Regelvorrichtungen um "on-of f-valves " bzw. um "three- way-valves" handelt , also insbesondere nicht um Drosselmittel 5 ( vergleiche dort auch Bezugszeichen 18 "throttle means" ) bzw. Zusatz-Expansionseinrichtungen wie sie gemäß der Erfindung zur Regelung eines für die Sauggastemperatur relevanten Druckabfalls vorgesehen sind .
10 Aus dem Dokument DE 10 2013 113 221 Al ist ebenfalls eine Käl tekreislaufvorrichtung bekannt , bei der dem inneren Wärmeübertrager einer regelbare Absperrvorrichtung vorgeschaltet ist . Auch hier handelt es sich aber nicht um ein Zusatz-Expansions einrichtung im Sinne der erfindungsgemäßen Lösung , sondern 15 ganz konkret um ein 3-Wege-Ventil ( dort Bezugszeichen 17A) , mit dem der Massenstrom des Kältmittels ( und somit insbesondere nicht dessen Druckabfall ) geregelt werden soll .
Aus dem Dokument WO 2017 /212058 Al ist eine Kältekreislaufvor- 20 richtung bekannt , bei der das Kältemittel mit Hilfe einer Bypassleitung am inneren Wärmeübertrager ( oder jedenfalls eines Teils davon ) vorbei geführt werden kann , wobei zur Festlegung des umgeleiteten Massenstroms sogenannte controllable valves ( dort Bezugszeichen 14 und 22 ) vorgesehen sind . Diese 25 sind aber in keinem Fall parallel zur Expansionseinrichtung ( dort Bezugszeichen 4 ) angeordnet .
Ferner wird noch auf die weiter abliegenden Dokumente DE 10 2014 102 005 Al und DE 10 2017 107 051 Al hingewiesen . Diese 30 weisen allerdings insbesondere keinen inneren Wärmeübertrager im Sinne des Patentanspruchs 1 auf . Schließlich wird noch auf die Dokumente DE 102 39 877 Al , JP H02 73 562 U und US 2019 /0257532 Al hingewiesen .
Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner vorteil- 5 haften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert .
Es zeigt schematisch 10
Figur 1 eine Aus führungs form einer ( nicht erfindungsgemäßen ) Kältekreislaufvorrichtung mit einer dem Kondensator nach- und dem inneren Wärmeübertrager vorgeschalteten Zusatz-Expansionseinrichtung ; 15
Figur 2 eine erste Aus führungs form der erfindungsgemäßen Kältekreislaufvorrichtung mit einer parallel zum Wärmeübertrager und zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angeordneten Zusatz-Expansionseinrichtung ; 20
Figur 3 eine zweite Aus führungs form der erfindungsgemäßen Kältekreislaufvorrichtung mit einer dem Kondensator nach- und dem inneren Wärmeübertrager vorgeschalteten und einer parallel zum Wärmeübertrager und zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angeordne- 25 ten Zusatz-Expansionseinrichtung ; und
Figur 4 eine dritte Aus führungs form der erfindungsgemäßen Kältekreislaufvorrichtung , bei der wie bei der zweiten Ausführungsform zwei Zusatz-Expansionseinrichtung vorgesehen sind und bei der die Expansi- 30 onseinrichtung als feststehende Drossel ausgebildet ist . Die in den Figuren dargestellten vier Kältekreislaufvorrichtungen sind alle ( abgesehen von Figur 1 ) zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Kältekreislauf vorrichtung geeignet . Bei diesem Verfahren wird zunächst in 5 bekannter Weise mit einem Verdichter 1 ein Kältemittel komprimiert , wobei das komprimierte Kältemittel einem Kondensator 2 zur Abgabe von Wärme zugeführt wird, wobei am Kondensator 2 kondensiertes Kältemittel im weiteren Verlauf einer Primärseite 3 . 1 eines inneren Wärmeübertragers 3 zur Abgabe von Wärme 10 zugeführt wird, wobei das an der Primärseite 3 . 1 des inneren Wärmeübertragers 3 abgekühlte Kältemittel durch eine Expansionseinrichtung 4 geführt wird, wobei das an der Expansionseinrichtung 4 entspannte Kältemittel einem Verdampfer 5 zur Auf nahme von Wärme zugeführt wird, wobei das am Verdampfer 5 ver- 15 dampfte Kältemittel im weiteren Verlauf zur Aufnahme von Wärme einer Sekundärseite 3.2 des inneren Wärmeübertragers 3 zugeführt wird, wobei das an der Sekundärseite 3 .2 des inneren Wärmeübertragers 3 erwärmte Kältemittel dem Verdichter 1 zugeführt wird . 20
Wie aus Figur 1 ersichtlich , ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen , dass zur Umschaltung zwischen einem Heiz- und einem Kühlbetrieb ( also zwei Betriebsarten , in denen die Kältekreislaufvorrichtung betreibbar ist ) ein sowohl mit einer 25 Druckseite 1 . 1 als auch mit einer Saugseite 1 .2 des Verdichters 1 verbundenes Umschaltventil 9 , vorzugsweise ein 4-2-We- geventil , vorgesehen ist . Bei der in Figur 1 dargestellten Schaltstellung des Umschaltventils 9 , die nachfolgend Betriebsart I genannt wird, ist dabei , wie oben angegeben , dem 30 Kondensator das Bezugszeichen 2 und dem Verdampfer das Bezugs zeichen 5 zugeordnet . Nach Umschaltung des Umschaltventils 9 ( nachfolgend Betriebsart II genannt ) wird der Wärmeübertrager mit dem Bezugszeichen 5 dann zum Kondensator und entsprechend der Wärmeübertrager mit dem Bezugszeichen 2 zum Verdampfer .
Ob man die Betriebsart I als Heiz- oder Kühlbetrieb bezeich- 5 net , hängt dabei letztlich nur davon ab , in welche Richtung der Wärmetransport erfolgt bzw. erfolgen soll . Nachfolgend wird der Einfachheit halber - und was auch aufgrund des ( im wesentlichen ) symmetrischen Aufbaus der erfindungsgemäßen Kältekreislaufvorrichtung möglich ist - die Betriebsart I mit dem 10 Heizbetrieb und die Betriebsart II mit dem Kühlbetrieb gleich gesetzt .
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun , dass zur Sauggastemperaturregelung eine von der Primärseite 3 . 1 auf 15 die Sekundärseite 3 .2 des internen Wärmeübertragers 3 übertragene Wärmemenge mit Hilfe einer parallel zum Wärmeübertrager 3 und zwischen dem Kondensator 2 und dem Verdampfer 5 angeordneten Zusatz-Expansionseinrichtung 6 geregelt wird . Diese Lösung ist in Figur 2 dargestellt . Besonders bevorzugt ist dabei dar- 20 über hinaus vorgesehen , dass zur Sauggastemperaturregelung außerdem eine von der Primärseite 3 . 1 auf die Sekundärseite 3 .2 des internen Wärmeübertragers 3 übertragene Wärmemenge mit Hilfe einer weiteren dem Kondensator 2 nach- und dem inneren Wärmeübertrager 3 vorgeschalteten Zusatz-Expansionseinrichtung 25 6 geregelt wird . Diese Variante ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt .
Es ergibt sich also , dass bei der erfindungsgemäßen Lösung stets mindestens zwei Expansionseinrichtung regelbar ausgebil- 30 det sein müssen . Bei den Lösungen gemäß den Figuren 2 und 3 sind dies j eweils die Expansionseinrichtung 4 und die Zusatz- Expansionseinrichtung 6 . Bei der Lösung gemäß Figur 4 ist dagegen die Expansionseinrichtung 4 unregelbar bzw. feststehend ( also als einfache Drossel ) ausgebildet , während die Regelung über die beiden parallel zueinander angeordneten Zusatz-Expansionseinrichtungen 6 erfolgt , wobei die feststehende Expansi- 5 onseinrichtung 4 dabei dann nach dem inneren Wärmeübertrager 3 angeordnet sein kann .
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen , dass das am Verdampfer 5 verdampfte Kältemittel zunächst einem Flüssigkeitsabscheider 7 10 und anschließend der Sekundärseite 3 .2 des inneren Wärmeübertragers 3 zugeführt wird . Oder gegenständlich ausgedrückt : In Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen ist zwischen dem Verdampfer 5 und der Sekundärseite 3 .2 des inneren Wärmeübertragers 3 ein Flüssigkeitsabscheider 7 angeordnet . Wie weiter- 15 hin aus Figur 1 ersichtlich , besteht ein solcher Flüssigkeits abscheider dabei aus einem Behälter , der an seinem unteren Ende mit dem Verdampfer 5 ( bzw. in Betriebsart II entsprechend mit dem Kondensator ) verbunden ausgebildet ist . Ferner ist ein u-förmig gebogenes Rohr vorgesehen , dass an seinem einen frei- 20 en Ende und an seinem tiefsten Punkt eine Öf fnung aufweist . Mit seinem anderen freien Ende ist es mit der Sekundärseite 3 .2 des inneren Wärmeübertragers 3 verbunden . Über die Öf fnung am freien Ende wird Kältemitteldampf angesaugt . Die Öf fnung am tiefsten Punkt dient dazu , im Behälter abgesetztes Gemisch aus 25 Kältemittel und Öl abzusaugen und dem Verdichter zur Schmierung zuzuführen .
Nochmals in anderen Worten , ist mit Verweis auf Figur 1 , wobei dies aber auch für die Ausführungs formen gemäß der Figuren 2 30 bis 4 gelten kann , bevorzugt vorgesehen , dass bei der gewählten Schaltstellung ( Betriebsart I ) des Umschaltventils 9 und in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen der Flüssigkeitsabscheider 7 zwischen dem Verdampfer 5 und der Sekundärseite 3 .2 des inneren Wärmeübertragers 3 angeordnet ist . Von der anderen Betriebsart , also Betriebsart II , ausgehend, ist der Flüssigkeitsabscheider 7 zwischen dem als Verdampfer ar- 5 beitenden Wärmeübertrager 2 und der Sekundärseite 3 .2 des inneren Wärmeübertragers 3 angeordnet .
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen , dass insbesondere im Heizbetrieb mindestens eine Zusatz-Expansionseinrichtung 6 auf 10 eine Sauggasüberhitzung von 5 bis 15 K geregelt wird . Bei der Ausführungsform gemäß der Figur 2 ist dabei genau eine Zusatz- Expansionseinrichtung 6 vorgesehen ; bei den Ausführungs formen gemäß den Figuren 3 und 4 sind, wie ersichtlich , j eweils zwei Zusatz-Expansionseinrichtung 6 vorgesehen , d . h . hier werden 15 j eweils beide Zusatz-Expansionseinrichtung 6 so geregelt , dass sich die besagte Sauggasüberhitzung einstellt bzw. ergibt .
Umgekehrt ist bei der Ausführungs form gemäß Figur 3 für die andere Betriebsart ( also den Kühlbetrieb ) bevorzugt vorgese- 20 hen , dass für eine maximale Sauggasüberhitzung die Expansionseinrichtung 4 vollständig geöf fnet wird . Die Ausführungs form gemäß Figur 2 ist für den Kühlbetrieb eher ungeeignet ; bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist die zwischen dem Wärmeübertrager 3 und dem dann als Verdampfer arbeitenden Wärmeübertra- 25 ger angeordnete Expansionseinrichtung 6 fast vollständig geschlossen .
Ferner ist bevorzugt vorgesehen , dass insbesondere im Heizbetrieb zur Sauggastemperaturregelung mindestens eine Zusatz-Ex30 pansionseinrichtung 6 in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Verdichters 1 geregelt wird . Bezüglich dieser Drehzahlabhän- gigkeit ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen , dass bei einer niedrigen Drehzahl des Verdichters 1 im Heizbetrieb die Zusatz-Expansionseinrichtung 6 auf eine Sauggasüberhitzung von 10 bis 15 K geregelt wird . Bei einer höheren Drehzahl des Verdichters 1 im Heizbetrieb ist alternativ bevorzugt vorgesehen , 5 dass die Zusatz-Expansionseinrichtung 6 auf eine Sauggasüberhitzung von 5 bis 10 K geregelt wird .
Für das oben beschriebene Verfahren , bei dem die übertragene Wärmemenge mit Hilfe einer parallel zum inneren Wärmeübertra- 10 ger 3 und zwischen dem Kondensator 2 und dem Verdampfer 5 angeordneten Zusatz-Expansionseinrichtung 6 geregelt wird, ist ferner ( siehe hierzu insbesondere Figur 2 ) - gegenständlich formuliert - eine Kältekreislaufvorrichtung vorgesehen , die aus einem Verdichter 1 zur Kompression eines Kältemittels be- 15 steht , wobei - j eweils in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen - dem Verdichter 1 ein Kondensator 2 , dem Kondensator 2 eine Primärseite 3 . 1 eines inneren Wärmeübertragers 3 , der Primärseite 3 . 1 eine Expansionseinrichtung 4 , der Expansionseinrichtung 4 ein Verdampfer 5 , dem Verdampfer 5 im weiteren 20 Verlauf eine Sekundärseite 3 .2 des inneren Wärmeübertragers 3 und der Sekundärseite 3 .2 der Verdichter 1 nachgeschaltet ist .
Wesentlich für diese Vorrichtung ist nun ( siehe wieder die Figuren 2 bis 4 ) , dass zur Sauggastemperaturregelung parallel 25 sowohl zum inneren Wärmeübertrager 3 als auch zur Expansions - einrichtung 4 und zwischen dem Kondensator 2 und dem Verdampfer 5 eine Zusatz-Expansionseinrichtung 6 angeordnet ist .
Dabei ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen , dass am 30 inneren Wärmeübertrager 3 , vorzugsweise an dessen Primärseite 3 . 1 , eine zu kühlende , elektronische Einrichtung 8 , vorzugsweise ein Frequenzumrichter , angeordnet ist .
Ganz besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen , dass der Wärmeübertrager 3 als Plattenwärmeübertrager ausgebildet ist ( siehe 5 hierzu auch https : / /de .wikipedia . org/w/index . php?title=Plat- tenw%C3%A4rme%C3%BCbertrager&oldid=199812395 ) , wobei die ( verhältnismäßig warme ) Primärseite 3 . 1 des Wärmeübertragers 3 zur Vermeidung einer Kondensatwasserbildung von außenliegenden Kanäle des Plattenwärmeübertragers gebildet ist ; und die Sekun- 10 därseite 3 .2 somit innenliegend angeordnet ist .
Schließlich ist noch bevorzugt vorgesehen , dass eine Temperatur , bei der Wärme von der zu kühlenden , elektronischen Einrichtung 8 auf den inneren Wärmeübertrager 3 , vorzugsweise auf 15 dessen Primärseite 3 . 1 , übertragen wird, mit mindestens einer Zusatz-Expansionseinrichtung 6 geregelt wird .
Der Vollständigkeit halber wird abschließend noch die Funktionsweise der in Figur 1 dargestellten Kältekreislaufvorrich- 20 tung in beiden Betriebsarten erläutert ( abgesehen von einer abweichenden Anordnung oder Anzahl der Zusatz-Expansionseinrichtungen 6 gilt dies entsprechend auch für die erfindungsgemäßen Ausführungs formen gemäß Figur 2 bis 4 ) : Wie bereits erläutert , zeigt Figur 1 die Betriebsart I , bei der der mit dem 25 Bezugszeichen 2 versehenen Wärmeübertrager als Kondensator arbeitet . Bei dieser Betriebsart wird das Kältemittel mit dem Verdichter 1 zunächst komprimiert und zu einem ersten Strömungspfad des Umschaltventils 9 und dann zum Kondensator 2 gefördert . Dort angekommen , kondensiert das Kältemittel und gibt 30 dabei Wärme ab . Anschließend gelangt es zur Zusatz-Expansionseinrichtung 6 , um dort auf einen niedrigeren Druck gedrosselt zu werden. Am Wärmeübertrager 3 wird dann einerseits Wärme von der elektronischen Einrichtung 8 auf das von der Zusatz-Expansionseinrichtung 6 kommende, durch die Primärseite 3.1 des Wärmeübertragers 3 strömende Kältemittel übertragen. Andererseits wird gleichzeitig Wärme von der Primärseite 3.1 des Wär- 5 meübertragers 3 auf dessen Sekundärseite 3.2 übertragen, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird. Nach der Primärseite 3.1 gelangt das Kältemittel dann in die Expansionseinrichtung 4, wo es nochmals auf einen noch niedrigeren Druck gedrosselt wird. Danach gelangt das Kältemittel dann zum Ver- 10 dampf er 5, wo ihm Wärme zugeführt wird, so dass es jedenfalls teilweise verdampft. Nach dem Verdampfer 5 gelangt das Kältemittel dann zum zweiten Strömungspfad des Umschaltventils 9 und von dort zum oben bereits genauer beschriebenen Flüssigkeitsabscheider 7. Von dort gelangt das im wesentlichen dampf- 15 förmige Kältemittel zur Sekundärseite 3.2 des Wärmeübertragers 3, um dort, wie oben bereits erwähnt, Wärme von der Primärseite 3.1 des Wärmeübertragers 3 aufzunehmen, was dann je nach Stellung der Expansionsventile 4, 6 eine vorteilhafte Sauggasüberhitzung des anschließend zum Verdichter 1 strömenden Käl- 20 temittels nach sich sieht.
Wird nun das Umschaltventil 9 auf die andere Betriebsart (hier Kühlbetrieb) umgeschaltet, strömt das Kältemittel nach dem Verdichter 1 am Umschaltventil 9 entsprechend nicht mehr zum 25 Wärmeübertrager (vormals Kondensator) 2, sondern direkt zum Wärmeübertrager 5, der nunmehr als Kondensator arbeitet, wobei die Expansionseinrichtung 4, die Primärseite 3.1 des Wärmeübertragers 3, die Zusatz-Expansionseinrichtung 6 und der Wärmeübertrager mit dem Bezugszeichen 2, der dann als Verdampfer 30 arbeitet, dann entsprechend in umgekehrter Richtung durchströmt werden, bis das Kältemittel dann wiederum zum Umschalt- ventil 9 gelangt und von dort auch wieder zum Flüssigkeitsabscheider 7 geleitet wird, um anschließend nach Passage der Sekundärseite 3 .2 des Wärmeübertragers 3 ebenfalls wieder zum Verdichter 1 zu gelangen .
Bezugszeichenliste
1 Verdichter
1 . 1 Druckseite
1.2 Saugseite
2 Kondensator
3 innerer Wärmeübertrager
3 . 1 Primärseite
3 .2 Sekundärseite
4 Expansionseinrichtung
5 Verdampfer
6 Zusatz-Expansionseinrichtung
7 Flüssigkeitsabscheider
8 elektronische Einrichtung
9 Umschaltventil

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Kältekreislaufvorrichtung, wobei mit einem Verdichter (1) ein Kältemittel komprimiert wird, wobei das komprimierte Kältemittel einem Kondensator (2) zur Abgabe von Wärme zugeführt wird, wobei am Kondensator (2) kondensiertes Kältemittel im weiteren Verlauf einer Primärseite (3.1) eines inneren Wärmeübertragers (3) zur Abgabe von Wärme zugeführt wird, wobei das an der Primärseite (3.1) des inneren Wärmeübertragers (3) abgekühlte Kältemittel durch eine Expansionseinrichtung (4) geführt wird, wobei das an der Expansionseinrichtung (4) entspannte Kältemittel einem Verdampfer (5) zur Aufnahme von Wärme zugeführt wird, wobei das am Verdampfer (5) verdampfte Kältemittel im weiteren Verlauf zur Aufnahme von Wärme einer Sekundärseite (3.2) des inneren Wärmeübertragers (3) zugeführt wird, wobei das an der Sekundärseite (3.2) des inneren Wärmeübertragers (3) erwärmte Kältemittel dem Verdichter (1) zugeführt wird, dadurch gekenn z e ichnet , dass zur Sauggastemperaturregelung eine von der Primärseite (3.1) auf die Sekundärseite (3.2) des internen Wärmeübertragers (3) übertragene Wärmemenge mit Hilfe einer parallel zum Wärmeübertrager (3) und zwischen dem Kondensator (2) und dem Verdampfer (5) angeordneten Zusatz-Expansionseinrichtung (6) geregelt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn z e ichnet , dass zur Sauggastemperaturregelung eine von der Primärseite (3.1) auf die Sekundärseite (3.2) des internen Wärmeübertragers (3) übertragene Wärmemenge außerdem mit Hilfe einer dem Kondensator (2) nach- und dem inneren Wärmeübertrager (3) vorgeschalteten Zusatz-Expansionseinrichtung (6) geregelt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn z e ichnet , dass mindestens eine Zusatz-Expansionseinrichtung (6) auf eine Sauggasüberhitzung von 5 bis 15 K geregelt wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn z e ichnet , dass zur Sauggastemperaturregelung mindestens eine Zusatz- Expansionseinrichtung (6) in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Verdichters (1) geregelt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn z e ichnet , dass das am Verdampfer (5) verdampfte Kältemittel zunächst einem Flüssigkeitsabscheider (7) und anschließend der Sekundärseite (3.2) des inneren Wärmeübertragers (3) zugeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn z e ichnet , dass eine Temperatur, bei der Wärme von einer zu kühlenden, elektronischen Einrichtung (8) auf den inneren Wärmeübertrager (3), vorzugsweise auf dessen Primärseite (3.1), -18- übertragen wird, mit mindestens einer Zusatz-Expansionseinrichtung (6) geregelt wird. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruchs 1, umfassend einen Verdichter (1) zur Kompression eines Kältemittels, wobei - jeweils in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen - dem Verdichter (1) ein Kondensator (2), dem Kondensator (2) eine Primärseite (3.1) eines inneren Wärmeübertragers (3), der Primärseite (3.1) eine Expansionseinrichtung (4), der Expansionseinrichtung (4) ein Verdampfer (5), dem Verdampfer (5) im weiteren Verlauf eine Sekundärseite (3.2) des inneren Wärmeübertragers (3) und der Sekundärseite (3.2) der Verdichter (1) nachgeschaltet ist, dadurch gekenn z e ichnet , dass zur Sauggastemperaturregelung parallel zum inneren Wärmeübertrager (3) und zwischen dem Kondensator (2) und dem Verdampfer (5) eine Zusatz-Expansionseinrichtung (6) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 7 , dadurch gekenn z e ichnet , dass am inneren Wärmeübertrager (3), vorzugsweise an dessen Primärseite (3.1), eine zu kühlende, elektronische Einrichtung (8), vorzugsweise ein Frequenzumrichter, angeordnet ist . Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn z e ichnet , dass in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen zwischen dem Verdampfer (5) und der Sekundärseite (3.2) des inneren -19-
Wärmeübertragers (3) ein Flüssigkeitsabscheider (7) angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn z e ichnet , dass zur Umschaltung zwischen einem Heiz- und einem Kühlbetrieb ein sowohl mit einer Druckseite (1.1) als auch mit einer Saugseite (1.2) des Verdichters (1) verbundenes Umschaltventil (9), vorzugsweise ein 4-2-Wegeventil , vorgesehen ist.
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