EP4585804A1 - Flexible verdichtungseinrichtung und kältemittelkreislauf damit sowie verfahren dazu - Google Patents

Flexible verdichtungseinrichtung und kältemittelkreislauf damit sowie verfahren dazu

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Publication number
EP4585804A1
EP4585804A1 EP25150054.2A EP25150054A EP4585804A1 EP 4585804 A1 EP4585804 A1 EP 4585804A1 EP 25150054 A EP25150054 A EP 25150054A EP 4585804 A1 EP4585804 A1 EP 4585804A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
refrigerant
flow
pressure
compression device
switching
Prior art date
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Pending
Application number
EP25150054.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Sonnekalb
Jan Pitz
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.)
Konvekta AG
Original Assignee
Konvekta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konvekta AG filed Critical Konvekta AG
Publication of EP4585804A1 publication Critical patent/EP4585804A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2509—Economiser valves

Definitions

  • the invention relates to a compression device according to the preamble of claim 1.
  • the compression device comprises a plurality of single-flow compressors or a multi-flow compressor with a plurality of discharge flows, wherein the discharge flows or the single-flow compressors are configured such that they can be operated in parallel to compress a refrigerant from a lower pressure to a higher pressure.
  • Such compression devices are used in particular in refrigeration systems, air conditioning systems, or heat pumps for compressing a refrigerant in a refrigerant circuit relating to the invention.
  • the refrigerant circuit comprises, connected in the circuit to refrigerant lines, at least one heat exchanger operable as a gas cooler/condenser, at least one expansion element, an economizer, and at least one heat exchanger operable as an evaporator.
  • the invention relates to a method for operating such a refrigerant circuit.
  • An economizer can be used to increase the COP of a cycle, depending on operating conditions.
  • the refrigerant previously compressed in the compression unit is expanded to a medium pressure, where it cools down to extract heat from the compressed, warmer refrigerant in the economizer, thereby increasing the cycle's performance.
  • FIG 3a In the switching device 5 designed as a shuttle valve, the inlet 13a for the parallel connection of all currently not switched off conveying flows 9, 9a, 9b for compressing refrigerant from a lower pressure to a higher pressure is open and the other inlet 13b is closed. Due to the switched off secondary branch 33, the pressure at the other inlet 13b is lower than the lower pressure of the refrigerant coming from the main branch 31 through the second suction gas inlet 15.
  • the first expansion element 35 is controlled by the controller 43 to correspondingly expand the first partial flow of refrigerant flowing through the secondary branch 33. Overheating of the refrigerant upstream of the first suction gas inlet 37 of the compression device 1 is taken into account.
  • FIG. 4 An embodiment of a refrigerant circuit 23 for operation with a method according to the invention is shown schematically.
  • the compressed refrigerant is led from the outlet of the compression device 1 through the condenser/compressor 25 to the branch 29 in the main branch 31 and the secondary branch 33, which can be switched off for the refrigerant passage.
  • the high-pressure side of the economizer 27 follows in the main branch 31, followed by the second expansion element 39, which is designed as an electronic expansion valve controlled by the controller 43.
  • the evaporator 41 for evaporating refrigerant, which then flows, during low-pressure operation, as suction gas to the second suction gas inlet 15 of the compression device 1.
  • the compression device 1 has three single-flow compressors 47, 47a, which are configured in such a way that they are operable in parallel to compress a refrigerant from a lower pressure to a higher pressure.
  • a single-flow compressor 47a is configured switchably at the outlet of the switching device 5 such that, when the three-way switching valve of the switching device 5 is switched, it can be operated to compress the refrigerant of the first partial flow flowing through the opened secondary branch 33 from an intermediate pressure lying between the lower pressure and the higher pressure to the higher pressure, wherein at the same time the remaining two single-flow compressor 47 for compressing the refrigerant of the second partial flow flowing through the main branch 31 from the lower pressure to the higher pressure.
  • the controller 43 controls the respective switching setting for allowing low-pressure refrigerant from the second suction gas inlet 15 or medium-pressure refrigerant from the first suction gas inlet 37 to pass to the switchable single-flow compressor 47a by appropriately switching the three-way switching valve of the switching device 5 and the first expansion element 35.
  • the controller 43 controls the first expansion element 33, the switching device 5, the second expansion element 39 and the output of the single-flow compressors 47, 47a, taking into account an overheating of the refrigerant at the first suction gas inlet 37 of the compression device 1 and the temperature difference between the temperature of the heat sink at the condenser/gas cooler 25 and the temperature of the heat source at at least one evaporator 41 of the main branch 31.
  • Figure 5 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for operating a Figure 4 shown refrigerant circuit or a refrigerant circuit according to the invention, such as one shown in the Figures 3a and 3b shown.
  • measurement data such as in particular the temperatures of the heat sink at the condenser/compressor and the heat source at the evaporator of the refrigerant circuit are received by the controller.
  • the secondary branch for the passage for the first partial flow of the refrigerant is opened or left open in the following step 130, so that the high-pressure side of the economizer is flowed through by refrigerant and the medium-pressure side of the economizer is flowed through by the refrigerant of the first partial flow, which has been expanded to a medium pressure in the first expansion element.
  • step 140 which usually takes place simultaneously with step 130, one or more of the switchable conveying flows or single-flow compressors is/are switched or left switched in such a way that they are used to compress the refrigerant of the first partial flow coming from the secondary branch from a pressure between the low pressure of, for example, 20 bar and the higher pressure of, for example, 100 bar, to the higher pressure, wherein at the same time one or more of the remaining conveying flow(s) or one or more of the remaining single-flow compressor(s) is/are operated to compress the refrigerant of the second partial flow coming from the main branch from the lower pressure to the higher pressure.
  • step 140a which usually takes place simultaneously with step 130a, one or more of the switchable conveying flows or switchable single-flow compressors is/are switched or left switched in such a way that it is operated to compress refrigerant coming from the main branch from a lower pressure of, for example, 30 bar to a higher pressure of, for example, 90 bar, wherein in parallel thereto, one or more of the remaining conveying flows or one or more of the remaining single-flow compressors of the compression device is/are also operated to compress refrigerant coming from the main branch from the lower pressure to the higher pressure.
  • the method begins again starting with step 100 after steps 140 or 140a.
  • the test in step 110 is carried out automatically in the control of the refrigerant circuit, whereby received measurement data transmitted to the control from temperature sensors for measuring the temperatures of the heat source at the evaporator and the heat sink at the condenser/gas cooler as well as the refrigerant at the first and second suction gas inlet of the compression device are processed.
  • the first expansion element is designed as a controllable electronic expansion valve, which is opened or remains open for the execution of step 130 and is closed or remains closed for the execution of step 130a.
  • FIG 6 is a flow chart of a further embodiment of a method for operating a refrigerant circuit according to the invention, such as the one shown in Figures 3a and 3b shown.
  • the compression device has a multi-flow compressor designed as a plunger compressor with several cylinders, wherein at least one delivery flow is switchable and two delivery flow is switchable.
  • the controller receives measurement data such as temperatures transmitted by temperature sensors of the heat sink on the condenser/gas cooler, the heat source on the evaporator of the refrigerant circuit and the refrigerant at the first and second suction gas inlet of the compression device, as well as from an acoustic sensor on the compression device.
  • the power requirement of the compressor for the refrigerant circuit is determined using the received measurement data. Based on the determined power requirement, one or more of the switchable The discharge channels are switched off or on, or left switched off or on, depending on the determined power requirement. For example, the power requirement for partial load operation of the refrigerant circuit is relatively low, so one or even both of the switchable discharge channels are switched off.
  • next steps of checking 230 the use of the economizer and deciding 240 whether to open 250 or close 250a the secondary branch and switching 260 the switchable discharge flow for medium pressure refrigerant from the secondary branch or switching 260a the switchable discharge flow for low pressure refrigerant from the main branch are carried out as described in the Figure 5 described steps 110, 120, 130, 130a, 140 and 140a.
  • the switching of steps 260 and 260a takes place automatically with the opening 250 or closing 250a of the secondary branch, because the switching device is designed as a shuttle valve, so that the inlet to which the higher pressure is applied is always automatically opened and the other inlet is closed.
  • the optimal operating point is determined for the control objective of harmonizing the crank operation of the multi-flow plunger compressor in the respective compression chambers using the measurement data received by the controller in step 200.
  • Particular consideration is given to the aspect of minimizing noise emissions from the compression device. Due to the asymmetric loading of the multi-flow compressor's crankshaft, the operating conditions have changed. As a result, the multi-flow compressor will likely emit increased noise and vibration to the outside.
  • the optimal operating point particularly for reducing the cylinder load asymmetry to a tolerable level, requires a refrigerant superheat that is not necessarily thermodynamically optimal before or at the first suction gas inlet.
  • the first expansion element is controlled in such a way that the superheating of the refrigerant before or at the first suction gas inlet of the compression device is selected to be optimal for the operating point.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdichtungseinrichtung (1) umfassend mehrere einflutige Verdichter (47, 47a) oder einen mehrflutigen Verdichter (3) mit mehreren Förderfluten (9, 9a, 9b), wobei die Förderfluten (9, 9a, 9b) oder die einflutigen Verdichter (47, 47a) so eingerichtet sind, dass sie parallelgeschaltet zum Verdichten eines Kältemittels von einem niederen Druck auf einen höheren Druck betreibbar sind, wobei ein oder mehrere von den Förderfluten (9, 9a, 9b) oder einflutigen Verdichtern (47, 47a) derart umschaltbar eingerichtet sind, dass sie/er bei einer Schalteinstellung zum Verdichten des Kältemittels eines ersten Teilstroms von einem zwischen dem niederen Druck und dem höheren Druck liegenden mittleren Druck auf den höheren Druck betreibbar ist/sind, wobei gleichzeitig der/die übrige/n von den Förderfluten (9, 9a, 9b) oder einflutigen Verdichtern (47, 47a) zum Verdichten des Kältemittels eines zweiten Teilstroms von dem niederen Druck auf den höheren Druck betreibbar ist/sind, und dass die Verdichtungseinrichtung (1) mindestens eine für das Umschalten des/der umschaltbaren ein oder mehreren Förderfluten (9, 9a, 9b) oder einflutigen Verdichter (47, 47a) vorgesehene Umschalteinrichtung (5) mit ein oder mehreren Wechselventilen aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen Kältemittelkreislauf (23) mit Economiser (27) und einer derartigen Verdichtungseinrichtung (1) sowie ein Verfahren dazu.

Description

    Gebiet der Technik:
  • Die Erfindung betrifft eine Verdichtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Verdichtungseinrichtung umfasst mehrere einflutige Verdichter oder einen mehrflutigen Verdichter mit mehreren Förderfluten, wobei die Förderfluten oder die einflutigen Verdichter derart eingerichtet sind, dass sie parallelgeschaltet zum Verdichten eines Kältemittels von einem niederen Druck auf einen höheren Druck betreibbar sind. Derartige Verdichtungseinrichtungen werden insbesondere in Kälteanlagen, Klimaanlagen oder Wärmepumpen zum Verdichten eines Kältemittels in einem die Erfindung betreffenden Kältemittelkreislauf eingesetzt. Neben der wenigstens einen Verdichtungseinrichtung umfasst der Kältemittelkreislauf dabei im Kreislauf mit Kältemittelleitungen verbunden wenigstens einen als Gaskühler/Kondensator betreibbaren Wärmetauscher, wenigstens ein Expansionsorgan, einen Economiser und wenigstens einen als Verdampfer betreibbaren Wärmetauscher.
  • Dem bei Betrieb in der Verdichtungseinrichtung komprimierten warmen Kältemittel wird im wenigstens einen Gaskühler/Kondensator Wärme entzogen und dann in wenigstens einem Expansionsorgan entspannt, wobei es sich abkühlt. Nach insbesondere bei Normalbetrieb durchströmen des wenigstens einen Verdampfers gelangt schließlich verdampftes Kältemittel zur erneuten Verdichtung zurück in die Verdichtungseinrichtung.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kältemittelkreislaufs.
  • Mit einem Economiser kann abhängig von Betriebsbedingungen die Leistungszahl eines Kreisprozesses erhöht werden. Dabei wird im Kältemittelkreislauf in einem Nebenzweig das in der Verdichtungseinrichtung vorher komprimierte Kältemittel auf einen mittleren Druck entspannt, wobei es abkühlt, um im Economiser dem komprimierten wärmeren Kältemittel für eine Leistungserhöhung des Kreisprozesses Wärme zu entziehen. Je größer der Temperaturunterschied zwischen Wärmesenke am Kondensator/Gaskühler und Wärmequelle am Verdampfer ist, desto größer ist die Verbesserung der Leistungszahl durch einen Economiser. Wenn jedoch dieser Temperaturunterschied zu niedrig ist, ist die verfügbare Wärmeübertragungsfläche des Economisers zu klein für einen wirtschaftlichen Betrieb des Economisers.
  • Es gibt Ausführungen von Kältemittelkreisläufen, bei denen das Kältemittel hochdruckseitig überkritisch betrieben wird, wie beispielsweise mit CO2 als Kältemittel, und andere Ausführungen, bei denen das Kältemittel hochdruckseitig unterkritisch betrieben wird, wie zum Beispiel mit R1234yf als Kältemittel.
    • Stand der Technik:
  • Bekannt sind Verdichtungseinrichtungen mit mehreren parallelgeschalteten einflutigen Verdichtern oder mit mehreren parallelgeschalteten Förderfluten eines mehrflutigen Verdichters. US2009/0175748 A1 offenbart Verdichtungseinrichtungen mit mehreren Verdichtungsstufen, wobei zwei Verdichteruntereinheiten parallelgeschaltet sind, aber die Verdichtungen von Kältemittel in den beiden Verdichteruntereinheiten unterschiedliche Druckdifferenzen aufweisen. In den in US2009/0175748 A1 offenbarten Kältemittelkreisläufen existieren ein oder mehrere Nebenzweige für ein oder mehrere Economiser, wobei der jeweilige Sauggaseinlass einer jeweiligen Förderflute fest für den Teil des Kältemittelstroms des jeweiligen Nebenzweigs oder des Hauptzweigs des Kältemittels zugeordnet sind, was ein Defizit an Flexibilität beim Betrieb der Verdichtungseinrichtung im Kältemittelkreislauf zur Folge hat.
  • In DE10354719 A1 ist eine Fördereinrichtung beispielsweise als Kompressor zum Verdichten eines Mediums offenbart, bei dem zwei Fördereinheiten schaltbar in Reihe als mehrstufig oder parallel als mehrflutig also als zwei Förderfluten eingerichtet sind. Diese beiden Schaltmöglichkeiten haben nachteilig einen deutlichen Unterschied in der Größe des zu verdichtenden Volumenstroms.
  • In US2009/0320506 A1 ist ein Kältemittelkreislauf mit für den Kältemitteldurchlass abschaltbarem Nebenzweig mit Economiser gezeigt, wobei jedoch als Verdichtungseinrichtung keine Parallelschaltung von Förderfluten, sondern nur eine zweistufige Anordnung mit einem zusätzlichen Sauggaseinlass für den Teil des Kältemittels vom Nebenzweig mit mittlerem Druck nach dem Economiser offenbart ist.
  • In CN108759157 A und in US2017/0159977 A1 ist jeweils ein Kältemittelkreislauf mit Economiser und einer zweistufigen Verdichtungseinrichtung offenbart, bei der sowohl in der Niederdruckstufe als auch in der Hochdruckstufe jeweils mehrere Verdichter in Parallelschaltung angeordnet betreibbar sind. Parallelgeschaltet verdichten dabei die Verdichter der Niederdruckstufe das Kältemittel von einem niedrigen Druck auf einen mittleren Druck und parallelgeschaltet verdichten die Verdichter der Hockdruckstufe das Kältemittel von einem mittleren Druck auf einen höheren Druck. Es sind in der jeweiligen Verdichtungseinrichtung sowohl für die Niederdruckstufe als auch für die Hochdruckstufe jeweils mehrere Verdichter vorgesehen, was einen erhöhten Aufwand an Material und Platz bedeutet.
  • In CN108759157 A sind die Druckdifferenzen der parallelgeschalteten Verdichter einer Stufe immer gleich. Die Flexibilität der in CN108759157 A offenbarten Verdichtungseinrichtung ist dadurch eingeschränkt. In US2017/0159977 A1 ist in der Hochdruckstufe der Verdichtungseinrichtung hingegen ein parallelgeschalteter Verdichter derart umschaltbar, dass mit ihm eine Verdichtung mit einer anderen Druckdifferenz als bei den restlichen parallelgeschalteten Verdichtern der Hockdruckstufe erfolgen kann, wobei aber mit diesem umschaltbaren Verdichter nur von dem mittleren Druck des Kältemittels des durch die Mitteldruckseite des Economisers verlaufenden Nebenzweigs das Kältemittel verdichtet werden kann. Eine Verdichtung in der Hochdruckstufe von einem niedrigeren Druck aus, kann nur in den restlichen parallelgeschalteten Verdichtern der Hockdruckstufe erfolgen. Dieses schränkt die Flexibilität ein. Die DE69722146 T2 offenbart einen Kältemittelkreislauf mit einem Economiser und einer Verdichtungseinrichtung mit Leistungsregelung. Dabei sind in der Verdichtungseinrichtung zwei zuschaltbare parallele Niederdruckstufen und eine gemeinsame Hochdruckstufe vorgesehen. Somit existieren in der Verdichtungseinrichtung zwei Verdichtungsstufen, wodurch sie recht kompliziert ist und aufwendig zu steuern ist. DE102005009173 A1 offenbart eine Kälteanlage umfassend einen Kältemittelkreislauf mit wenigstens zwei parallelen Verdichtern, die jeweils eine Zusatzverdichterstufe aufweisen, die wahlweise zum Verdichten von Kältemittel aus dem Hauptmassenstrom oder zum Verdichten von Kältemittel aus dem Zusatzmassenstrom einsetzbar ist, wobei das Schalten der Betriebsmodi mit steuerbaren Schaltventilen von einer Steuerung gesteuert wird. Damit gibt es in diesen Verdichtern zwei Verdichtungsstufen, wodurch die Verdichter recht kompliziert sind, und das Schalten der Betriebsmodi mit steuerbaren Schaltventilen aktiv zu steuern ist. Die DE112017005948 T5 offenbart einen Kältemittelkreislauf ohne Economiser mit einer zumindest zwei parallelgeschaltete Verdichter umfassenden Verdichtungseinrichtung. Dabei sind im Wärmepumpenbetrieb mit steuerbaren Schaltventilen die einzelnen Verdichter zwischen Verdichtung von Kältemittel von einem Niederdruckniveau auf ein Hochdruckniveau oder von einem Mitteldruckniveau auf das Hochdruckniveau umschaltbar. Dafür ist ein aktives Steuern der Schaltventile erforderlich. Bei der in DE102014113167 A1 offenbarten Kältemaschine ist einer der beiden parallelen Verdichter der Verdichtungseinrichtung zwischen Verdichtung von Kältemittel von einem Niederdruckniveau auf ein Hochdruckniveau oder von einem Mitteldruckniveau auf das Hochdruckniveau mit einer Steuerungseinheit mittels eines schaltbaren Drei-Wege-Schaltventils nur aktiv umschaltbar. Dabei wird zwischen dem Betrieb mit oder ohne Economiser umgeschaltet.
  • Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt also das Problem zugrunde, dass Umschalteinrichtungen zum Schalten von Betriebsmodi der bisherigen Verdichtungseinrichtungen mit mehreren einflutigen Verdichtern oder einem mehrflutigen Verdichter verbesserungswürdig sind. Ferner ist die Einsparung von Platz und Material und/oder zu steuernden Bestandteilen von bisherigen derartigen Verdichtungseinrichtungen verbesserungswürdig.
  • Es ist daher Aufgabe, eine verbesserte Verdichtungseinrichtung mit mehreren einflutigen Verdichtern oder mit einem mehrflutigen Verdichter bereitzustellen.
  • Eine entsprechende Aufgabe besteht für einen Kältemittelkreislauf mit Economiser und mit einer derartigen Verdichtungseinrichtung.
  • Ferner ist es eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs mit Umschalteinrichtung der Verdichtungseinrichtung zum Umschalten zwischen Betrieb mit oder ohne Economiser bereitzustellen.
    • Zusammenfassung der Erfindung:
  • Das der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch, dass eine Verdichtungseinrichtung mehrere einflutige Verdichter oder einen mehrflutigen Verdichter mit mehreren Förderfluten umfasst, wobei die Förderfluten oder die einflutigen Verdichter derart eingerichtet sind, dass sie parallelgeschaltet zum Verdichten eines Kältemittels von einem niederen Druck auf einen höheren Druck betreibbar sind, und wobei ein oder mehrere von den mehreren Förderfluten oder einflutigen Verdichtern derart umschaltbar eingerichtet sind, dass sie/er bei einer Schalteinstellung zum Verdichten des Kältemittels eines ersten Teilstroms von einem zwischen dem niederen Druck und dem höheren Druck liegenden mittleren Druck auf den höheren Druck betreibbar ist/sind, wobei gleichzeitig der/die übrige/n von den mehreren Förderfluten oder einflutigen Verdichtern zum Verdichten des Kältemittels eines zweiten Teilstroms von dem niederen Druck auf den höheren Druck betreibbar ist/sind, und die Verdichtungseinrichtung mindestens eine Umschalteinrichtung derart eingerichtet aufweist, dass sie ein oder mehrere Wechselventile umfasst und für das Umschalten des/der umschaltbaren ein oder mehreren Förderfluten oder einflutigen Verdichter vorgesehen ist, wird das Problem gelöst.
  • Eine Verdichtungseinrichtung ist eine Fördereinrichtung, die zum Verdichten eines Mediums vorgesehen ist. Förderfluten sind beispielsweise Fördereinheiten eines mehrflutigen Verdichters mit mehreren Fördereinheiten.
  • Ein Wechselventil verfügt üblicherweise über zwei Einlässe. Bei einem derartigen Wechselventil wird abhängig von den jeweiligen Drücken an den Einlässen die Schaltung auf Durchlass von Medium, wie in diesem Fall Kältemittel, von entweder dem einen oder dem anderen Einlass automatisch geregelt.
  • Die Umschalteinrichtung umfasst ein Wechselventil auch dann, wenn sie als nur ein einziges Wechselventil ausgebildet ist.
  • Diese Verdichtungseinrichtung hat den Vorteil, dass ein oder mehrere einflutigen Verdichter oder Förderfluten eines mehrflutigen Verdichters umschaltbar entweder von einem niederen Druck oder von einem mittleren Druck das Kältemittel auf einen höheren Druck verdichten können, wobei parallelgeschaltet dazu die übrigen einstufigen Verdichter oder Förderfluten eines mehrstufigen Verdichters das Kältemittel von dem niederen Druck auf den höheren Druck verdichten können. Dadurch ist die Verdichtungseinrichtung flexibel betreibbar. Sie ist umschaltbar von der Verdichtung mit nur einer Druckdifferenz auf zwei parallelgeschalte Verdichtungen mit unterschiedlichen Druckdifferenzen ohne einen zweistufigen Betrieb von in Reihe geschalteten Verdichtern betreibbar. Es sind nicht jeweils nur für die einzelnen Verdichtungsstufen fest zugeordnete Verdichter oder Förderfluten vorgesehen, sodass vorteilhaft Platz und Material eingespart wird. Sämtliche der Förderfluten oder einflutigen Verdichter der erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung können parallelgeschaltet für eine Verdichtung von Kältemittel vom niederen Druck auf den höheren Druck betrieben werden, was von Vorteil für die Größe des zu verdichtenden Volumenstroms ist. Außerdem werden beim Umschalten der Verdichtungseinrichtung für den Betrieb mit zwei unterschiedlichen Druckdifferenzen die Förderfluten oder einflutigen Verdichter nicht in Reihe geschaltet, wodurch vorteilhaft der gesamten zu verdichtenden Volumenstrom sich nicht wesentlich verringert. Mit einem Wechselventil ist vorteilhaft keine extra Sensorik notwendig, sondern die Schaltung erfolgt unkompliziert unmittelbar druckabhängig, ohne dass das Ventil direkt für das Umschalten angesteuert werden muss. Bei einem Wechselventil mit zum Beispiel automatischem Durchlass von Kältemittel am Einlass mit momentan höherem Druck und Absperrung des anderen Einlasses, an dem momentan ein niedrigerer Druck anliegt, ist ein extra Drucksensor unnötig. Eine erfindungsgemäße Verdichtungseinrichtung mit einer ein oder mehrere Wechselventile aufweisenden Umschalteinrichtung ist also eine einfache, materialsparende und kostengünstige Ausführung, bei der das/die Wechselventil/e nicht direkt angesteuert werden muss/müssen.
  • Von Vorteil ist eine Ausführung der erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung, die den mehrflutigen Verdichter umfasst, wobei dieser als Tauchkolbenverdichter mit mehreren Zylindern für die mehreren Förderfluten ausgebildet ist. Bei einem derartigen mehrflutigen Verdichter sind die mehreren Förderfluten besonders gut parallelgeschaltet zum Verdichten eines Kältemittels von einem niederen Druck auf einen höheren Druck betreibbar.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind ein oder mehrere der einflutigen Verdichter oder Förderfluten des mehrflutigen Verdichters abschaltbar ausgebildet. Die Flexibilität der Verdichtungseinrichtung ist dadurch besonders hoch. So lässt sich je nach Bedarf die Größe des Volumenstroms des zu verdichtenden Kältemittels einstellen. Damit lässt sich die Leistung der Verdichtungseinrichtung und somit der Energieverbrauch bedarfsabhängig verringern.
  • Vorzugsweise ist eine Regelung derart ausgebildet, dass mit ihr das Ab- und Zuschalten des/der abschaltbaren einflutigen Verdichter/s oder Förderflute/n regelbar ist. Eine automatische Steuerung der Größe des Volumenstroms des zu verdichtenden Kältemittel ist damit ermöglicht.
  • Die Aufgabe hinsichtlich eines Kältemittelkreislauf mit Economiser wird durch die im Anspruch 4 aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch, dass ein Kältemittelkreislauf hochdruckseitig wenigstens einen Kondensator/Gaskühler, die Hochdruckseite eines Economisers sowie eine Verzweigung in einen Hauptzweig und in einen für Kältemitteldurchlass abschaltbaren Nebenzweig umfasst, wobei der geöffnet für den ersten Teilstrom des Kältemittels vorgesehene Nebenzweig ein erstes Expansionsorgan und dazu die in Kältemittelströmungsrichtung stromabwärts angeordnete Mitteldruckseite des Economisers umfasst, und der im Fall der Kältemittelstromteilung für den zweiten Teilstrom des Kältemittels vorgesehene Hauptzweig zumindest ein zweites Expansionsorgan und dazu in Kältemittelströmungsrichtung stromabwärts angeordnet wenigstens einen Verdampfer umfasst, wobei der Kältemittelkreislauf zum Verdichten des Kältemittels eine erfindungsgemäße Verdichtungseinrichtung umfasst, und ein erster Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung für den durch den Nebenzweig von der Mitteldruckseite des Economisers kommenden ersten Teilstrom des Kältemittels vorgesehen ist, und ein zweiter Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung für durch den Hauptzweig von dem wenigstens einen Verdampfer kommendes Kältemittel vorgesehen ist, und die Umschalteinrichtung der Verdichtungseinrichtung ein Wechselventil mit Auslass zu einem oder mehreren der umschaltbaren Förderfluten oder umschaltbaren einflutigen Verdichter und mit Schaltmöglichkeiten des Wechselventils für das Öffnen des Ventildurchlasses für Kältemittel vom ersten Sauggaseinlass oder vom zweiten Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung umfasst, wird das Problem gelöst.
  • Ein als Gaskühler/Kondensator kann ein Kondensator für im Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs unterkritisch zu betreibendes Kältemittel oder ein Gaskühler für im Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs überkritisch zu betreibendes Kältemittel sein oder er kann derart ausgebildet sein, dass er sowohl als Gaskühler als auch als Kondensator einsetzbar ist.
  • Hinsichtlich der Vorteile sowie vorteilhaften Ausführungen und Weiterbildungen gelten entsprechend die diesbezüglichen obigen Angaben zu der erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung. Insbesondere schaltet das Wechselventil automatischem auf Durchlassen von Kältemittel am Sauggaseinlass mit momentan höherem Druck des Kältemittels und Absperrung des anderen Sauggaseinlasses, an dem momentan ein niedrigerer Druck anliegt. Ein extra Drucksensor ist dafür unnötig. Wenn der Nebenzweig als erstes Expansionsorgan bevorzugt ein verschließbares regelbares elektronisches Expansionsventil aufweist, lässt sich automatisch bei Betrieb des Kältemittelkreislaufs allein durch Steuern des ersten Expansionsorgans die Umschalteinrichtung der Verdichtungseinrichtung schalten. Damit ist sowohl die Expansion des Kältemittels als auch das Absperren und Öffnen des Nebenzweigs mit nur einem Ventil regelbar.
  • Vorzugsweise kann der Nebenzweig je nachdem, ob die Schalteinstellung mit oder ohne wirksamen Economiser gerade wirtschaftlicher ist, für den Durchlass von Kältemittel geöffnet oder abgesperrt sein. Dazu lässt sich die Einstellung des Verdichtens mit der erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung und insbesondere deren Umschalteinrichtung gut anpassen, ohne den Volumenstrom des Kältemittels durch die Verdichtungseinrichtung wesentlich verändern zu müssen.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das erste Expansionsorgan eine MOP-Regelung. MOP steht für "maximum operating pressure" also maximaler Arbeitsdruck. Mit einer MOP-Regelung wird eine obere Grenze für den Arbeitsdruck geregelt, also ein Maximum des Drucks des Kältemittels nach dem Expandieren. Damit lassen sich zu hohe Verdampfungstemperaturen des Kältemittels nach dem Durchströmen der Mitteldruckseite des Economisers besser vermeiden, was beispielsweise bei der Dimensionierung des Economisers mehr Spielraum einräumt. Beispielsweise ist bei einem thermostatischen Expansionsventil mit einer MOP-Regelung die Füllmenge im Fühler derart begrenzt, dass ab einer bestimmten Verdampfungstemperatur die Fühlerfüllung vollständig verdampft ist und damit der Fühlerdruck nicht mehr nennenswert steigt, was folglich bei weiter ansteigendem Verdampfungsdruck das Kräfteverhältnis auf die Membran im Expansionsventil hin zum Schließen des Expansionsventils verändert, wodurch der Verdampfungsdruck auf ein Maximum begrenzt wird.
  • Vorzugsweise weist der Kältemittelkreislauf eine derart ausgebildete Steuerung auf, dass mit ihr das erste Expansionsorgan unter Berücksichtigung einer Überhitzung des Kältemittels vor dem oder am ersten Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung steuerbar ist. Mit einer derartigen Steuerung ist der Durchlass von Kältemittel durch den Nebenzweig automatisch steuerbar und dadurch beispielweise bei einer erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung mit ein Wechselventil umfassender Umschalteinrichtung auch deren Schalteinstellung.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführung ist die Steuerung derart ausgebildet, dass das erste Expansionsorgan unter Berücksichtigung der Leistung der Verdichtungseinrichtung und/oder des Temperaturunterschieds zwischen Temperatur der Wärmesenke am wenigstens einen Kondensator/Gaskühler und Temperatur der Wärmequelle am wenigstens einen Verdampfer des Hauptzweigs steuerbar ist. Wenn der Temperaturunterschied für die Verbesserung der Leistungszahl durch den Economiser hoch genug ist, kann automatisch mit der Steuerung der Durchlass für den ersten Teilstrom des Kältemittels durch den Nebenzweig geöffnet werden und ein mittlerer Druck des Kältemittels am ersten Sauggaseinlass eingestellt werden.
  • Bevorzugt ist die Steuerung derart ausgebildet, dass im Fall für den ersten Teilstrom des Kältemittels mit mittlerem Druck umgeschaltete(r)/n Förderflute/n das erste Expansionsorgan und/oder das zweite Expansionsorgan unter Berücksichtigung eines Regelziels der Harmonisierung der in den jeweiligen Verdichtungsräumen vom Kurbeltrieb auf das Kältemittel übertragenen Leistung steuerbar ist/sind. Insbesondere bei einem mehrflutigen Tauchkolbenverdichter lässt sich damit eine Gefahr von Unwucht der Kurbelwelle verringern und dadurch störende Geräusche des Verdichters minimieren sowie eine Anfälligkeit für Schaden sowie Verschleiß der Verdichtungseinrichtung reduzieren.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführung mit einer Verdichtungseinrichtung mit ein oder mehreren abschaltbaren einflutigen Verdichtern oder Förderfluten des mehrflutigen Verdichters ist die Steuerung derart ausgebildet, dass mit ihr das Ab- und Zuschalten des/der abschaltbaren einflutigen Verdichter/s oder Förderflute/n unter Berücksichtigung des Leistungsbedarfs der Verdichtungseinrichtung für den Kältemittelkreislauf steuerbar ist. Dadurch ist der erfindungsgemäße Kältemittelkreislauf besonders flexibel betreibbar.
  • Vorzugsweise ist Kältemittelkreislauf für eine Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Fahrzeugs, wie insbesondere eines Omnibusses oder Schienenfahrzeugs, vorgesehen. Dafür ist der einen Economiser umfassende Kältemittelkreislauf mit der flexibel betreibbaren sowie material- und platzsparenden erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung besonders gut geeignet.
  • Die Aufgabe hinsichtlich eines Verfahrens zum Betreiben des Kältemittelkreislaufs wird durch die im Anspruch 11 aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch, dass das Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs oder eines entsprechenden Kältemittelkreislaufs mit einer für das Umschalten des/der umschaltbaren ein oder mehreren Förderfluten oder einflutigen Verdichter vorgesehenen Umschalteinrichtung ohne Wechselventil
    • die Schritte
    • des Prüfens unter Berücksichtigung des Temperaturunterschieds zwischen Temperatur der Wärmesenke am wenigstens einen Kondensator/Gaskühler und Temperatur der Wärmequelle am wenigstens einen Verdampfer des Hauptzweigs, ob das Betreiben des Kältemittelkreislaufs mit Nutzung des Economisers erfolgen soll,
    • und, sofern das Ergebnis des vorangegangenen Prüfschritts positiv ist, die Schritte
    • aa) öffnen oder geöffnet lassen des für den ersten Teilstrom des Kältemittels vorgesehenen Nebenzweigs, sodass die Hochdruckseite des Economisers von Kältemittels durchströmt wird und die Mitteldruckseite des Economisers vom im ersten Expansionsorgan auf einen mittleren Druck entspannten Kältemittel des ersten Teilstroms durchströmt wird, und
    • bb) umschalten oder umgeschaltet lassen der ein oder mehreren umschaltbaren Förderfluten oder umschaltbaren einflutigen Verdichter in der Weise, dass sie zum Verdichten des Kältemittels des ersten Teilstroms von einem zwischen dem niederen Druck und dem höheren Druck liegenden mittleren Druck auf den höheren Druck betrieben werden, wobei gleichzeitig ein oder mehrere von der/den übrigen Förderflute/n oder ein oder mehrere von dem/den übrigen einflutigen Verdichter/n zum Verdichten des Kältemittels des zweiten Teilstroms von dem niederen Druck auf den höheren Druck betrieben wird/werden, erfolgen, oder
    • sofern das Ergebnis des Prüfschritts negativ ist, die Schritte
    • cc) schließen oder geschlossen lassen des für den ersten Teilstrom des Kältemittels vorgesehenen Nebenzweigs, sodass vom Economiser nur die Hochdruckseite von Kältemittel durchströmt wird, und
    • dd) umschalten oder umgeschaltet lassen der ein oder mehreren umschaltbaren Förderfluten oder umschaltbaren einflutigen Verdichter in der Weise, dass sie zum Verdichten von vom Hauptzweig kommenden Kältemittel von einem niederen Druck auf einen höheren Druck betrieben werden, wobei in Parallelschaltung dazu gleichzeitig ein oder mehrere von der/den übrigen Förderflute/n oder ein oder mehrere von dem/den übrigen einflutigen Verdichter/n auch zum Verdichten von vom Hauptzweig kommenden Kältemittel von dem niederen Druck auf den höheren Druck betrieben wird/werden,
    • erfolgen,
    • umfasst, wird die Aufgabe gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Umschalteinrichtung ohne Wechselventil kann für das erfindungsgemäße Verfahren anstelle eines Wechselventils beispielsweise zum Umschalten ein oder mehrere Drei-Wege-Schaltventile, die von der Steuerung gesteuert werden, aufweisen.
  • Ein Vorteil ist das Berücksichtigen des Temperaturunterschieds zwischen den Temperaturen der Wärmesenke am Kondensator/Gaskühler und der Wärmequelle am Verdampfer für die Entscheidung, ob der Economiser genutzt wird. Dieser Temperaturunterschied lässt sich mit Temperatursensoren einfach ermitteln und bildet ein wichtiges Kriterium für die Entscheidung eines wirksamen Einsatzes des Economisers im Kältemittelkreislauf.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens erfolgt bei einer Umschalteinrichtung, die ein Wechselventil mit Auslass zu einem oder mehreren der umschaltbaren Förderfluten oder einflutigen Verdichter und mit Wechselschalten für die das Öffnen des Ventildurchlasses für Kältemittel vom ersten Sauggaseinlass oder vom zweiten Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung umfasst, die Schalteinstellung für den Schritt bb) durch öffnen und die andere Schalteinstellung für den Schritt dd) durch schließen des Nebenzweigs. Dieses ist eine ohne extra Sensorik einfache Art, die umschaltbaren einflutigen Verdichter oder umschaltbaren Förderfluten des mehrflutigen Verdichters umzuschalten. Insbesondere ist eine Ausführung des Verfahrens von Vorteil, bei der im Nebenzweig das erste Expansionsorgan als regelbares elektronisches Expansionsventil ausgebildet ist, und für den Schritt aa) geöffnet wird oder bleibt und für den Schritt cc) geschlossen wird oder bleibt. Somit braucht für die Schritte aa) mit bb) und cc) mit dd) lediglich das erste Expansionsorgan gesteuert zu werden, wobei zusätzlich mit dem ersten Expansionsorgan die Überhitzung des Kältemittels im oder am ersten Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung gesteuert wird.
  • Vorzugsweise ist im ersten Schritt das Ergebnis der Prüfung, ob das Betreiben des Kältemittelkreislaufs mit Nutzung des Economisers erfolgen soll, von der Wirtschaftlichkeit der Nutzung des Economisers abhängt. Der Nebenzweig kann je nachdem, ob die Schalteinstellung mit oder ohne wirksamen Economiser gerade wirtschaftlicher ist, für den Durchlass von Kältemittel geöffnet oder abgesperrt sein. Dazu lässt sich die Einstellung des Verdichtens mit der Verdichtungseinrichtung und insbesondere deren Umschalteinrichtung gut anpassen, ohne den Volumenstrom des Kältemittels durch die Verdichtungseinrichtung wesentlich verändern zu müssen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird/werden im Fall des Betreibens des Kältemittelkreislaufs mit Nutzung des Economisers für das Regelziel der Harmonisierung in den jeweiligen Verdichtungsräumen vom Kurbelbetrieb des mehrflutigen Tauchkolbenverdichters einer derart ausgebildeten Verdichtungseinrichtung das erste Expansionsorgan in der Weise gesteuert, dass die Überhitzung des Kältemittels vor oder am ersten Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung betriebspunktoptimiert gewählt wird.
  • Damit wird der Gefahr einer Unwucht der Kurbelwelle der Verdichtungseinrichtung entgegengewirkt, was Störgeräusche, Schadanfälligkeit sowie Verschleiß der Verdichtungseinrichtung reduziert.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs mit einer Verdichtungseinrichtung mit ein oder mehreren abschaltbaren einflutigen Verdichtern oder Förderfluten eines mehrflutigen Verdichters die weiteren Schritte des Ermittelns des Leistungsbedarfs von der Verdichtungseinrichtung für den Kältemittelkreislauf, und des Abschaltens oder Zuschalten eine(s)/r oder mehrerer des/der abschaltbaren einflutigen Verdichter/s oder Förderflute/n abhängig vom ermittelten Leistungsbedarf. Es werden damit weitere Kombinationsmöglichkeiten der Schaltung einer derartigen Verdichtungseinrichtung genutzt. Auf diese Weise wird der Kältemittelkreis besonders flexibel an den jeweiligen momentanen Bedarf angepasst. Der Kältemittelkreislauf wird dadurch bei Teillast energiesparend betrieben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
  • Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
    • Es zeigen
    • Fig. 1a in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung mit einem mehrflutigen Verdichter in einer Schalteinstellung der Umschalteinrichtung;
    • Fig. 1b in schematischer Darstellung das in Fig. 1a gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung in der anderen Schalteinstellung der Umschalteinrichtung;
    • Fig. 2a in schematischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung mit mehrflutigem Verdichter mit einer abschaltbaren Förderflute mit Schalteinstellung der Umschalteinrichtung;
    • Fig. 2b in schematischer Darstellung das in Fig. 2a gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung in der anderen Schalteinstellung der Umschalteinrichtungen;
    • Fig. 3a in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Kältemittelkreislaufs mit erfindungsgemäßer Verdichtungseinrichtung in einer Schalteinstellung der Umschalteinrichtung;
    • Fig. 3b in schematischer Darstellung das in Fig. 3a gezeigte Ausführungsbeispiel eines Kältemittelkreislaufs mit erfindungsgemäßer Verdichtungseinrichtung in der anderen Schalteinstellung der Umschalteinrichtung;
    • Fig. 4 in schematischer Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kältemittelkreislaufs zum Betreiben mit einem erfindungsgemäßen Verfahren;
    • Fig. 5 als Flussdiagramm ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs; und
    • Fig. 6 als Flussdiagramm ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs.
    Ausführliche Beschreibung der Erfindung:
  • Alle Zeichnungen sind schematisch zu verstehen. Auf maßstabsgetreue Abbildungen wurde zum Zwecke erhöhter Klarheit der Darstellung verzichtet.
  • In Figur 1a ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung 1 mit einem mehrflutigen Verdichter 3 in einer Schalteinstellung der Umschalteinrichtung 5 dargestellt.
  • Der mehrflutige Verdichter 3 weist im Verdichtergehäuse 7 vier Förderfluten 9, 9a mit jeweils einem Zylinder 11 auf. Ausführungen von mehrflutigen Verdichtern 3 mit zwei, drei oder mehr als vier Förderfluten 9, 9a sind auch möglich. Der mehrflutige Verdichter 3 ist als Tauchkolbenverdichter ausgebildet. Denkbar sind auch andere bekannte geeignete Arten von mehrflutigen Verdichtern 3.
  • Die vier Förderfluten 9, 9a sind parallelgeschaltet zum Verdichten eines Kältemittels von einem niederen Druck auf einen höheren Druck betreibbar. Die Auslässe der Förderfluten 9, 9a für in den Zylindern 11 auf höheren Druck verdichtetes Kältemittel liegen auf demselben Druckniveau und münden zusammen in eine Kältemittelleitung. Eine Förderflute 9a der vier Förderfluten 9, 9a ist derart umschaltbar, dass sie bei einer Schalteinstellung zum Verdichten des Kältemittels eines ersten Teilstroms von einem zwischen dem niederen Druck und dem höheren Druck liegenden mittleren Druck auf den höheren Druck betreibbar ist, wobei gleichzeitig die übrigen drei Förderfluten 9 zum Verdichten des Kältemittels eines zweiten Teilstroms von dem niederen Druck auf den höheren Druck betreibbar sind.
  • Möglich sind auch Varianten von mehrflutigen Verdichtern 3, bei denen mehr als eine Förderflute 9a derart umschaltbar eingerichtet sind. Für das Umschalten ist die außerhalb des Verdichtergehäuses 7 angeordnete Umschalteinrichtung 5 vorgesehen, die in diesem Fall als Wechselventil ausgebildet ist.
  • Als mögliche Alternative kann die Umschalteinrichtung 5 in dem Verdichtergehäuse 7 positioniert sein.
  • Der eine Einlass 13a der Umschalteinrichtung 5 ist für Kältemittel mit demselben Druck wie bei den Einlässen der drei nicht umschaltbaren Förderfluten 9 vorgesehen. In vorgesehener Kältemittelströmungsrichtung stromaufwärts davon ist für den Zustrom von Kältemittel mit niederem Druck der zweite Sauggaseinlass 15 der Verdichtungseinrichtung 1 als Niederdruckanschluss des mehrflutigen Verdichters 3 angeordnet. Der andere Einlass 13b der Umschalteinrichtung 5 ist als Mitteldruckanschluss ein erster Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung 1 für einen ersten Teilstrom von Kältemittel mit mittlerem Druck, also nicht demselben Druck wie bei den für Kältemittel mit niederem Druck vorgesehenen Einlässen der drei nicht umschaltbaren Förderfluten 9, vorgesehen. Der Auslass der Umschalteinrichtung 5 führt zur umschaltbaren Förderflute 9a. Die lediglich als ein einziges Wechselventil ausgebildete Umschalteinrichtung 5 hat in diesem Fall im Betrieb zwei Schalteinstellungen. In der einen Schalteinstellung ist der eine Einlass 13a geöffnet und ihr anderer Einlass 13b geschlossen und in der anderen Schalteinstellung genau umgekehrt. So ist derjenige der beiden Einlässe 13a, 13b der Umschalteinrichtung 5 geöffnet, an dem der anliegende Druck von Kältemittel höher als der an dem andern ist. Der als Kugel ausgebildete Verschlusskörper 17 in der Umschalteinrichtung 5 verschließt denjenigen Einlass 13a, 13b, an dem ein geringerer Druck anliegt. In Figur 1a ist bei der Umschalteinrichtung 5 der Einlass 13a für die Parallelschaltung aller vier Förderfluten 9, 9a zum Verdichten von Kältemittel von einem niederen Druck auf einen höheren Druck geöffnet und der andere Einlass 13b geschlossen. An dem anderen Einlass 13b läge in diesem Fall bei Betrieb also kein mittlerer Druck, sondern ein geringerer Druck als der niedere Druck des Kältemittels vom zweiten Sauggaseinlass 15 an.
  • In Figur 1b ist mit denselben Bezugszeichen das in Figur 1a gezeigte Ausführungsbeispiel einer Verdichtungseinrichtung 1 in der anderen Schalteinstellung der Umschalteinrichtung 5 dargestellt. Bei der dort gezeigten Schalteinstellung ist der Einlass 13b der Umschalteinrichtung 5 als Mitteldruckanschluss geöffnet, an dem bei Betrieb Kältemittel mit mittlerem Druck anliegt, und der andere Einlass 13a für Kältemittel vom zweiten Sauggaseinlass 15 geschlossen. Somit ist die umschaltbare Förderflute 9a für ein Verdichten von Kältemittel eines ersten Teilstroms mit mittlerem Druck vom Mitteldruckanschluss auf einen höheren Druck umgeschaltet. Dabei sind die drei nicht umschaltbaren Förderfluten 9 für das Verdichten von Kältemittel eines zweiten Teilstroms mit niederem Druck vom zweiten Sauggasanschluss 15 auf den höheren Druck geschaltet.
  • In Fig. 2a ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung 1 mit mehrflutigem Verdichter 3 mit einer abschaltbaren Förderflute 9b in einer Schalteinstellung der Umschalteinrichtung 5 dargestellt. Der mehrflutige Verdichter 3 weist im Verdichtergehäuse 7 vier Förderfluten 9, 9a, 9b mit jeweils einem Zylinder 11 auf. Der mehrflutige Verdichter 3 ist als Tauchkolbenverdichter ausgebildet. Die vier Förderfluten 9, 9a, 9b sind parallelgeschaltet zum Verdichten eines Kältemittels von einem niederen Druck auf einen höheren Druck betreibbar. Die Auslässe der vier Förderfluten 9, 9a, 9b für in den Zylindern 11 auf höheren Druck verdichtetes Kältemittel liegen auf demselben Druckniveau und münden zusammen in eine Kältemittelleitung. Zwei Förderfluten 9a, 9b der vier Förderfluten 9, 9a, 9b sind derart umschaltbar, dass sie bei einer Schalteinstellung zum Verdichten des Kältemittels eines ersten Teilstroms von einem zwischen dem niederen Druck und dem höheren Druck liegenden mittleren Druck auf den höheren Druck betreibbar sind, wobei gleichzeitig die übrigen zwei Förderfluten 9 zum Verdichten des Kältemittels eines zweiten Teilstroms von dem niederen Druck auf den höheren Druck betreibbar sind.
  • Für das Umschalten ist die innerhalb des Verdichtergehäuses 7 angeordnete Umschalteinrichtung 5 vorgesehen, die in diesem Fall lediglich als ein einziges Wechselventil ausgebildet ist. Als mögliche Alternative kann die Umschalteinrichtung 5 außerhalb des Verdichtergehäuses 7 positioniert sein.
  • Der eine Einlass 13a der Umschalteinrichtung 5 ist für Kältemittel mit demselben Druck wie bei den Einlässen der zwei nicht umschaltbaren Förderfluten 9 vorgesehen. In vorgesehener Kältemittelströmungsrichtung stromaufwärts davon ist für den Zustrom von Kältemittel mit niederem Druck der als Niederdruckanschluss fungierende zweite Sauggaseinlass 15 der Verdichtungseinrichtung 1 angeordnet. Der andere Einlass 13b der Umschalteinrichtung 5 ist gleich nach dem ersten Sauggaseinlass 37 für einen ersten Teilstrom von Kältemittel mit mittlerem Druck, also nicht demselben Druck wie bei den für Kältemittel mit niederem Druck vorgesehenen Einlässen der zwei nicht umschaltbaren Förderfluten 9, vorgesehen. Der Auslass der Umschalteinrichtung 5 führt zu den beiden umschaltbaren Förderflute 9a, 9b. Die als Wechselventil ausgebildete Umschalteinrichtung 5 hat in diesem Fall im Betrieb zwei Schalteinstellungen. Die Umschalteinrichtung 5 mit ihren mittels kugelförmigen Verschlusskörper 17 des Wechselventils schaltbaren Schalteinstellungen entspricht der zu Figur 1a beschriebenen. So ist derjenige der beiden Einlässe 13a, 13b der Umschalteinrichtung 5 geöffnet, an dem der anliegende Druck von Kältemittel höher als der an dem andern ist.
  • In Figur 2a ist bei der als Wechselventil ausgebildeten Umschalteinrichtung 5 der Einlass 13a für die Parallelschaltung aller vier Förderfluten 9, 9a, 9b für Kältemittel mit einem niederen Druck vom zweiten Sauggaseinlass 15 geöffnet und der andere Einlass 13b der Umschalteinrichtung 5 geschlossen. Jedoch ist die eine Förderflute 9b der umschaltbaren Förderfluten 9a, 9b abschaltbar ausgebildet. Sie kann eingeschaltet mit den drei anderen Förderfluten 9, 9a parallelgeschaltet zum Verdichten von Kältemittel mit niederem Druck auf einen höheren Druck betrieben werden. In Figur 2a ist sie hingegen abgeschaltet dargestellt. Das mit der Regelung 21 schaltbare Drei-Wege-Ventil 19 am Auslass der abschaltbaren Förderflute 9b ist dabei auf Absperrung zum Hochdruckbereich und auf Rückführung von Kältemittel zum Einlass der abschaltbaren Förderflute 9b geschaltet, sodass eine Kurzschlussleitung zum Sauggasbereich der so abgeschalteten Förderflute 9b existiert. Das Abschalten der Förderflute 9b ist insbesondere für einen Betrieb der Verdichtungseinrichtung 1 mit abgeschwächter Leistung wie beispielsweise bei Teillastbetrieb vorgesehen. Die abschaltbare Förderflute 9b ist also in zweifacher Hinsicht schaltbar. Sie ist abschaltbar und umschaltbar eingerichtet.
  • Denkbar sind Ausführungen von mehrflutigen Verdichtern 7, in denen mehr als eine abschaltbare Förderflute 9b von parallelschaltbaren Förderfluten 9, 9a, 9b angeordnet sind.
  • In Figur 2b ist mit denselben Bezugszeichen das in Figur 2a gezeigte Ausführungsbeispiel einer Verdichtungseinrichtung 1 in der anderen Schalteinstellung der Umschalteinrichtung 5 dargestellt. Bei der dort gezeigten Schalteinstellung ist der Einlass 13b der Umschalteinrichtung 5 als Mitteldruckanschluss geöffnet, an dem bei Betrieb Kältemittel mit mittlerem Druck anliegt, und der andere Einlass 13a für Kältemittel vom zweiten Sauggaseinlass 15 geschlossen. Somit sind die beiden umschaltbaren Förderfluten 9a, 9b für ein Verdichten von Kältemittel eines ersten Teilstroms mit mittlerem Druck vom ersten Sauggaseinlass auf einen höheren Druck umgeschaltet. Die abschaltbare Förderflute 9b ist dabei eingeschaltet dargestellt. Das mit der Regelung 21 schaltbare Drei-Wege-Ventil 19 am Auslass der abschaltbaren Förderflute 9b ist auf Öffnen zum Hochdruckbereich und auf Absperren der Rückführung von Kältemittel zum Einlass der abschaltbaren Förderflute 9b geschaltet.
  • Denkbar sind auch andere bekannte geeignete Arten von abschaltbaren Förderfluten wie beispielsweise eine Zylinderbankabschaltung, bei der ein Bypass über ein Magnetventil zwischen zwei benachbarten gegenläufigen Zylindern geöffnet wird, wobei der erste Zylinder dann das Gasvolumen in den zweiten Zylinder und umgekehrt schiebt. Es besteht dann also eine Kurzschlussverbindung von Kältemittel zwischen Zylindern.
  • Ferner sind die zwei nicht umschaltbaren Förderfluten 9 für das Verdichten von Kältemittel eines zweiten Teilstroms mit niederem Druck vom zweiten Sauggaseinlass 15 auf den höheren Druck geschaltet.
  • In Figur 3a ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Kältemittelkreislaufs 23 mit erfindungsgemäßer Verdichtungseinrichtung 1 in einer Schalteinstellung der Umschalteinrichtung 5 gezeigt. Der Kältemittelkreislauf 23 verläuft hochdruckseitig vom Ausgang der Verdichtungseinrichtung 1 zum Kondensator/Gaskühler 25 und danach zur Hochdruckseite eines Economisers 27 sowie darauf zu einer Verzweigung 29. Bei der Verzweigung 29 verzweigt sich die Kältemittelleitung in einen Hauptzweig 31 und in einen Nebenzweig 33. Denkbar ist auch eine alternative Anordnung, bei der sich die Verzweigung 29 in Kältemittelströmungsrichtung vor der dann im Hauptzweig 31 liegenden Hochdruckseite des Economisers 27 befindet. Im Nebenzweig 33 führt die Kältemittelleitung zum ersten Expansionsorgan 35, das als verschließbares regelbares elektronisches Expansionsventil ausgebildet ist. Bei Betrieb kann der Kältemitteldurchlass durch den Nebenzweig 33 mit dem Verschließen und Öffnen des ersten Expansionsorgans 35 abgeschaltet und zugeschaltet werden. Im geöffneten ersten Expansionsorgan 35 wird das Kältemittel des ersten Teilstroms für einen mittleren Druck expandiert. In Kältemittelströmungsrichtung stromabwärts des ersten Expansionsorgans 35 ist im Nebenzweig 33 die Mitteldruckseite des Economisers 27 angeordnet. Danach führt der Nebenzweig 33 zum ersten Saggaseinlass 37 der Verdichtungseinrichtung 1, welcher in diesem Fall den Mitteldruckanschluss des einen Einlasses 13b der als Wechselventil ausgebildeten Umschalteinrichtung 5 bildet.
  • Von der Verzweigung 29 führt der Hauptzweig 31 zum zweiten Expansionsorgan 39, das für die Expansion des durch den Hauptzweig 29 bei Betrieb strömenden Kältemittels auf einen niederen Druck vorgesehen ist. Dazu in Kältemittelströmungsrichtung stromabwärts ist der Verdampfer 41 im Hauptzweig 31 angeordnet. Vom Verdampfer 41 strömt bei Betrieb das dort zu Sauggas verdampfte Kältemittel zum zweiten Sauggaseinlass 15 der Verdichtungseinrichtung 1. Die Verdichtungseinrichtung 1 umfasst einen als Tauchkolbenverdichter ausgebildeten mehrflutigen Verdichter 3 mit vier Zylindern 11 der vier Förderfluten 9, 9a, 9b. Die Umschalteinrichtung 5 befindet sich außerhalb des Verdichtergehäuses 7. Der Auslass der als ein einziges Wechselventil ausgebildeten Umschalteinrichtung 5 führt in die eine umschaltbare Förderflute 9a des mehrflutigen Verdichters 3. Von den übrigen drei nicht umschaltbaren Förderfluten 9, 9b sind zwei als abschaltbare Förderfluten 9b ausgebildet. Dazu befindet sich jeweils an ihrem Auslass ein Drei-Wege-Ventil 19, welche im Fall der Abschaltung der jeweiligen abschaltbaren Verdichterflute 9b auf Absperrung zum Hochdruckbereich und auf Rückführung von Kältemittel zum Einlass der jeweiligen abschaltbaren Förderflute 9b geschaltet wären.
  • Die vier Förderfluten 9, 9a, 9b sind parallelgeschaltet zum Verdichten eines Kältemittels von einem niederen Druck auf einen höheren Druck betreibbar. Die aus den vier Förderfluten 9, 9a, 9b führenden Auslässe für in den Zylindern 11 auf höheren Druck verdichtetes Kältemittel liegen für Kältemittel auf demselben Druckniveau und münden zusammen in die Kältemittelleitung zum Kondensator/Gaskühler 25. Die eine umschaltbare Förderflute 9a ist derart umschaltbar, dass sie bei einer Schalteinstellung zum Verdichten des Kältemittels eines ersten Teilstroms von einem zwischen dem niederen Druck und dem höheren Druck liegenden mittleren Druck auf den höheren Druck betreibbar ist, wobei gleichzeitig die übrigen drei Förderfluten 9, 9b zum Verdichten des Kältemittels eines zweiten Teilstroms von dem niederen Druck auf den höheren Druck betreibbar sind.
  • Der eine Einlass 13a der Umschalteinrichtung 5 ist für Kältemittel mit demselben Druck wie bei den Einlässen der drei nicht umschaltbaren Förderfluten 9, 9b vorgesehen. In vorgesehener Kältemittelströmungsrichtung stromaufwärts davon ist für den Zustrom von Kältemittel mit niederem Druck der zweite Sauggaseinlass 15 als Niederdruckanschluss des mehrflutigen Verdichters 3 angeordnet. Der andere Einlass 13b der Umschalteinrichtung 5 ist als der erste Sauggaseinlass 37 der Verdichtungseinrichtung 1 für einen ersten Teilstrom von Kältemittel mit mittlerem Druck vorgesehen. Der als Kugel ausgebildete Verschlusskörper 17 in der als Wechselventil ausgebildeten Umschalteinrichtung 5 verschließt denjenigen Einlass 13a, 13b, an dem ein geringerer Druck anliegt. In Figur 3a ist bei der als Wechselventil ausgebildeten Umschalteinrichtung 5 der Einlass 13a für die Parallelschaltung aller momentan nicht abgeschalteten Förderfluten 9, 9a, 9b zum Verdichten von Kältemittel von einem niederen Druck auf einen höheren Druck geöffnet und der andere Einlass 13b geschlossen. An dem anderen Einlass 13b liegt wegen des abgeschalteten Nebenzweigs 33 ein geringerer Druck als der niedere Druck des vom Hauptzweig 31 durch den zweiten Sauggaseinlass 15 kommenden Kältemittels an. Die Steuerung 43 steuert in der in Figur 3a gezeigten Einstellung des Kältemittelkreislaufs 23 die beiden Drei-Wege-Ventile 19 am jeweiligen Auslass der beiden abschaltbaren Förderfluten 9b auf Durchlass für Kältemittel zum Kondensator/Gaskühler 25 im Hochdruckbereich und Absperrung der Rückführung von Kältemittel zum Einlass der jeweiligen abschaltbaren Förderflute 9b. Ferner ist von der Steuerung 43 das erste Expansionsorgan 35 auf Verschließen beziehungsweise Absperren geregelt, sodass der Nebenzweig 33 für einen Durchfluss von Kältemittel abgeschaltet ist und somit bei Betrieb der ungeteilte Kältemittelstrom durch den Hauptzweig 31 zum zweiten Sauggaseinlass 15 strömt.
  • Je nach Leistungsbedarf von der Verdichtungseinrichtung 1 für den Kältemittelkreislauf 23 können eine oder beide abschaltbare Förderfluten 9b abgeschaltet werden, wobei mit der Steuerung 43 das jeweilige schaltbare Drei-Wege-Ventil 19 am Auslass der jeweiligen abschaltbaren Förderflute 9b auf Absperrung zum Hochdruckbereich und auf Rückführung von Kältemittel zum Einlass der abschaltbaren Förderflute 9b geschaltet ist, sodass eine Kurzschlussverbindung zu ihrem Sauggasbereich existiert und sie somit abgeschaltet ist. Denkbar sind auch andere bekannte geeignete Arten von abschaltbaren Förderfluten wie beispielsweise eine Zylinderbankabschaltung. Beispielsweise ist der Einsatz des mehrflutigen Verdichters 3 mit ein oder zwei abgeschalteten Förderfluten 9b beim Teillastbetrieb des Kältemittelkreislaufs 23 geeignet.
  • In Figur 3b ist mit denselben Bezugszeichen das in Figur 3a gezeigte Ausführungsbeispiel eines Kältemittelkreislaufs 23 die Verdichtungseinrichtung 1 in der anderen Schalteinstellung der Umschalteinrichtung 5 dargestellt. Bei der dort gezeigten Schalteinstellung ist der Einlass 13b der Umschalteinrichtung 5 als erster Sauggaseinlass 37 geöffnet, an dem bei Betrieb Kältemittel des ersten Teilstroms durch den Nebenzweig 33 mit mittlerem Druck anliegt, und der andere Einlass 13a ist für Kältemittel vom zweiten Sauggaseinlass 15 geschlossen. Somit ist die umschaltbare Förderflute 9a für ein Verdichten von Kältemittel eines ersten Teilstroms mit mittlerem Druck vom Nebenzweig 33 auf einen höheren Druck umgeschaltet. Es erfolgt eine Kältemittelstromteilung an der der Verzweigung 29. Das erste Expansionsorgan 35 ist dafür von der Steuerung 43 auf eine entsprechende Expansion des durch den Nebenzweig 33 strömenden ersten Teilstrom des Kältemittels gesteuert. Dabei wird eine Überhitzung des Kältemittels vor dem ersten Sauggaseinlass 37 der Verdichtungseinrichtung 1 berücksichtigt.
  • Das ersten Expansionsorgan 35 weist eine MOP-Regelung zur Begrenzung des maximalen Drucks vor dem ersten Sauggaseinlass 37 auf. Ferner sind die drei nicht umschaltbaren Förderfluten 9, 9b für das Verdichten von Kältemittel des zweiten Teilstroms durch den Hauptzweig 31 mit niederem Druck vom als Niederdruckanschluss fungierenden zweiten Sauggasanschluss 15 auf den höheren Druck geschaltet. Der Economiser 27 ist auf Betrieb geschaltet. Seine Hochdruckseite und seine Mitteldruckseite werden bei Betrieb von Kältemittel in Gegenstromanordnung durchströmt. Die Dimensionierung des Economisers mit seiner Wärmeübertragungsfläche ist auf das Hubraumverhältnis der umschaltbaren Förderflute 9a zu den drei nicht umschaltbaren Förderfluten 9, 9b sowie auf den größten Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle am Verdampfer 41 und Wärmesenke am Kondensator/Gaskühler 25 angepasst. Die Steuerung 43 steuert das erste Expansionsorgan 35 unter Berücksichtigung des Temperaturunterschieds zwischen Temperatur der Wärmesenke am wenigstens einen Kondensator/Gaskühler 25 und Temperatur der Wärmequelle am wenigstens einen Verdampfer 41 des Hauptzweigs 31. Bei hohem Temperaturunterschied ist von der Steuerung 43 die in Figur 3b gezeigte Einstellung und bei geringem Temperaturunterschied die in Figur 3a gezeigte Einstellung geschaltet.
  • Der Kältemittelkreislauf 23 ist für eine Heizungs- und/Klimaanlage eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Omnibusses oder Schienenfahrzeugs, vorgesehen.
  • In diesem Fall ist der Kältemittelkreislauf 23 für einen überkritischen Betrieb des Kältemittels im Hochdruckbereich entsprechend druckfest ausgebildet. Das Kältemittel ist in diesem Fall CO2.
  • Denkbar ist eine Variante, bei der der Kältemittelkreislauf 23 unterkritisch betreibbar ausgelegt ist, der beispielsweise mit dem Kältemittel R1234yf unterkritisch betreibbar ist.
  • In Figur 4 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Kältemittelkreislaufs 23 zum Betreiben mit einem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt.
  • Hochdruckseitig wird das komprimierte Kältemitte vom Auslass der Verdichtungseinrichtung 1 durch den Kondensator/Verdichter 25 zur Verzweigung 29 in Hauptzweig 31 und für den Kältemitteldurchlass abschaltbaren Nebenzweig 33 geführt. Im Hauptzweig 31 folgt die Hochdruckseite des Economisers 27 und darauf das zweite Expansionsorgan 39, das als ein von der Steuerung 43 regelbares elektronisch Expansionsventil ausgebildet ist. In Kältemittelströmungsrichtung stromabwärts des zweiten Expansionsorgans 39 befindet sich der Verdampfer 41 zum Verdampfen von Kältemittel, welches darauf bei Betrieb mit Niederdruck als Sauggas zum zweiten Sauggaseinlass 15 der Verdichtungseinrichtung 1 strömt. Im Nebenzweig 33 ist in Kältemittelströmungsrichtung stromaufwärts der Mitteldruckseite des Economisers 27 das als verschließbares regelbares elektronisches Expansionsventil ausgebildete erstes Expansionsorgan 35 angeordnet. Im Nebenzweig 33 befindet sich stromabwärts der Mitteldruckseite des Economisers 27 der für Sauggas mit mittlerem Druck vorgesehene erste Sauggaseinlass 37 der Verdichtungseinrichtung 1, der auch der eine Einlass 13b der Umschalteinrichtung 5 ist. Die Umschalteinrichtung 5 umfasst ein von der Steuerung 43 schaltbares Drei-Wege-Schaltventil, wodurch sie sich von einer erfindungsgemäßen Verdichtungseinrichtung unterscheidet. Der zweite Einlass 13a davon ist für Kältemittel vom zweiten Sauggaseinlass 15 vorgesehen. Die Verdichtungseinrichtung 1 weist drei einflutige Verdichter 47, 47a auf, die derart eingerichtet sind, dass sie parallelgeschaltet zum Verdichten eines Kältemittels von einem niederen Druck auf einen höheren Druck betreibbar sind. Davon ist ein einflutiger Verdichter 47a derart umschaltbar am Ausgang der Umschalteinrichtung 5 eingerichtet, dass er bei der Schalteinstellung des Drei-Wege-Schaltventils der Umschalteinrichtung 5 zum Verdichten des Kältemittels des durch den geöffneten Nebenzweig 33 strömenden ersten Teilstroms von einem zwischen dem niederen Druck und dem höheren Druck liegenden mittleren Druck auf den höheren Druck betreibbar ist, wobei gleichzeitig die übrigen zwei einflutigen Verdichter 47 zum Verdichten des Kältemittels des durch den Hauptzweig 31 strömenden zweiten Teilstroms von dem niederen Druck auf den höheren Druck betreibbar sind. Die Steuerung 43 steuert durch entsprechendes schalten des Drei-Wege-Schaltventils der Umschalteinrichtung 5 und des ersten Expansionsorgans 35 die jeweilige Schalteinstellung für ein Durchlassen von Kältemittel mit niederem Druck vom zweiten Sauggaseinlass 15 oder von Kältemittel mit mittlerem Druck vom ersten Sauggaseinlass 37 zum umschaltbaren einflutigen Verdichter 47a.
  • Die Steuerung 43 steuert das erste Expansionsorgan 33, die Umschalteinrichtung 5, das zweite Expansionsorgan 39 und die Leistung der einflutigen Verdichter 47, 47a unter Berücksichtigung einer Überhitzung des Kältemittels am ersten Sauggaseinlass 37 der Verdichtungseinrichtung 1 und des Temperaturunterschieds zwischen Temperatur der Wärmesenke am Kondensator/Gaskühler 25 und Temperatur der Wärmequelle am wenigstens einen Verdampfer 41 des Hauptzweigs 31.
  • In Figur 5 ist in Flussdiagrammdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben eines in Figur 4 dargestellten Kältemittelkreislaufs oder eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs, wie beispielsweise eines in den Figuren 3a und 3b dargestellten, gezeigt.
  • Im ersten Schritt 100 werden Messdaten wie insbesondere die Temperaturen der Wärmesenke am Kondensator/Verdichter und der Wärmequelle am Verdampfer des Kältemittelkreislaufs von der Steuerung empfangen.
  • Im ersten Schritt 110 wird anhand der empfangenen Messdaten geprüft, ob das Betreiben des Kältemittelkreislaufs mit Nutzung des Economisers erfolgen soll oder nicht. Bei dieser Prüfung wird der Temperaturunterschied zwischen Temperatur der Wärmesenke am wenigstens einen Kondensator/Gaskühler und Temperatur der Wärmequelle am wenigstens einen Verdampfer des Hauptzweigs berücksichtigt, wobei die Entscheidung insbesondere von der Wirtschaftlichkeit der Nutzung des Economisers abhängt. Bei festgestelltem hohem Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Wärmesenke ist der Einsatz eines Economisers im Gegensatz zur Situation bei einem geringen Temperaturunterschied eher wirtschaftlich.
  • Sofern das Ergebnis bei der Entscheidung 120 aufgrund der der Prüfung im Schritt 110 positiv, also als "ja", für die Nutzung des Economisers ausfällt, wird im folgenden Schritt 130 der Nebenzweig für den Durchlass für den ersten Teilstrom des Kältemittels geöffnet oder offengelassen, sodass die Hochdruckseite des Economisers von Kältemittel durchströmt wird und die Mitteldruckseite des Economisers vom im ersten Expansionsorgan auf einen mittleren Druck entspannten Kältemittel des ersten Teilstroms durchströmt wird.
  • Im üblicherweise gleichzeitig zum Schritt 130 erfolgenden Schritt 140 wird/werden ein oder mehrere der umschaltbaren Förderfluten oder einflutigen Verdichter dahingehend umgeschaltet oder umgeschaltet gelassen, dass sie zum Verdichten des Kältemittels des von dem Nebenzweig kommenden ersten Teilstroms von einem zwischen dem niederen Druck von beispielsweise 20 bar und dem höheren Druck von beispielsweise 100 bar liegenden mittleren Druck von beispielsweise 40 bar auf den höheren Druck betrieben werden, wobei gleichzeitig ein oder mehrere von der/den übrigen Förderflute/n oder ein oder mehrere von dem/den übrigen einflutigen Verdichter/n zum Verdichten des Kältemittels des von dem Hauptzweig kommenden zweiten Teilstroms von dem niederen Druck auf den höheren Druck betrieben wird/werden.
  • Falls jedoch das Ergebnis bei der Entscheidung 120 aufgrund der der Prüfung im Schritt 110 gegen die Nutzung des Economisers, also negativ als "nein", ausfällt, wird im folgenden Schritt 130a der für den ersten Teilstrom des Kältemittels vorgesehene Nebenzweig geschlossen oder geschlossen gelassen, sodass vom Economiser nur die Hochdruckseite von Kältemittel durchströmt wird.
  • Im üblicherweise gleichzeitig zum Schritt 130a erfolgenden Schritt 140a wird/werden ein oder mehreren der umschaltbaren Förderfluten oder umschaltbaren einflutigen Verdichter in der Weise umgeschaltet oder umgeschaltet gelassen, dass sie zum Verdichten von vom Hauptzweig kommenden Kältemittel von einem niederen Druck von beispielweise 30 bar auf einen höheren Druck von beispielsweise 90 bar betrieben werden, wobei in Parallelschaltung dazu gleichzeitig ein oder mehrere von der/den übrigen Förderflute/n oder ein oder mehrere von dem/den übrigen einflutigen Verdichter/n der Verdichtungseinrichtung auch zum Verdichten von vom Hauptzweig kommenden Kältemittel von dem niederen Druck auf den höheren Druck betrieben wird/werden.
  • Nach einer vorgegebenen Zeitspanne von beispielsweise einer Sekunde beginnt nach den Schritten 140 oder 140a das Verfahren erneut startend mit Schritt 100 durchzulaufen.
  • Die Prüfung im Schritt 110 erfolgt automatisch in der Steuerung des Kältemittelkreislaufs, wobei empfangene an die Steuerung übermittelte Messdaten von Temperaursensoren zur Messung der Temperaturen der Wärmequelle am Verdampfer und der Wärmesenke am Kondensator/Gaskühler sowie des Kältemittels am ersten und am zweiten Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung verarbeitet werden.
  • Das erste Expansionsorgan ist als regelbares elektronisches Expansionsventil ausgebildet, welches für die Ausführung des Schrittes 130 geöffnet wird oder geöffnet bleibt und für die Ausführung des Schrittes 130a geschlossen wird oder geschlossen bleibt.
  • Bei einer Ausführung des Verfahrens zum Betreiben beispielsweise eines in Figuren 3a und 3b gezeigten Kältemittelkreislaufs mit einer Umschalteinrichtung, die ein Wechselventil mit Auslass zu einem oder mehreren der umschaltbaren Förderfluten oder einflutigen Verdichter und mit Wechselschalten für das Öffnen des Ventildurchlasses für Kältemittel vom ersten Sauggaseinlass oder vom zweiten Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung umfasst, erfolgen die Schalteinstellungen für den Schritt 140 durch öffnen des Nebenzweigs für den Kältemitteldurchlass und die andere Schalteinstellung für den Schritt 140a durch schließen des Nebenzweigs automatisch. Das Wechselventil schaltet dabei automatisch gemäß dem jeweiligen Vorzeichen des Druckunterschieds des Kältemittels zwischen dem ersten und zweiten Sauggaseinlass. Die Schritte 130 und 140 erfolgen bei einer ein Wechselventil umfassenden Umschalteinrichtung also streng genommen in einem Schritt. Entsprechendes gilt für die Schritte 130a und 140a.
  • In Figur 6 ist als Flussdiagramm ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs, wie beispielsweise den in Figuren 3a und 3b gezeigten, dargestellt. Die Verdichtungseinrichtung weist einen als Tauchkolbenverdichter mit mehreren Zylindern ausgebildeten mehrflutigen Verdichter auf, wobei wenigstens eine Förderflute umschaltbar ist und zwei Förderfluten abschaltbar sind.
  • Im ersten Schritt 200 werden von der Steuerung Messdaten wie von Temperatursensoren übermittelte Temperaturen der Wärmesenke am Kondensator/Gaskühler, der Wärmequelle am Verdampfer des Kältemittelkreislaufs und des Kältemittels am ersten und zweiten Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung sowie von einem akustischen Sensor an der Verdichtungseinrichtung empfangen.
  • Im folgenden Schritt 210 wird mit Hilfe der empfangenen Messdaten der Leistungsbedarf von der Verdichtungseinrichtung für den Kältemittelkreislauf ermittelt. Anhand des ermittelten Leistungsbedarfs wird im Schritt 220 eine oder mehrere der abschaltbaren Förderfluten abhängig vom ermittelten Leistungsbedarf abgeschaltet oder zugeschaltet oder abgeschaltet oder zugeschaltet belassen. Beispielsweise ist der Leistungsbedarf für den Teillastbetrieb des Kältemittelkreislaufs eher gering, sodass eine oder sogar beide der abschaltbaren Förderfluten abgeschaltet werden.
  • Die nächsten Schritte des Prüfens 230 einer Nutzung des Economisers und des Entscheidens 240, des Öffnens 250 oder Verschließens 250a des Nebenzweigs sowie des Schaltens 260 der umschaltbaren Förderflute für Kältemittel mit mittlerem Druck vom Nebenzweig oder des Schaltens 260a der umschaltbaren Förderflute für Kältemittel mit niederem Druck vom Hauptzweig erfolgen so, wie in den zu Figur 5 beschriebenen Schritten 110, 120, 130, 130a, 140 und 140a. In diesem Fall erfolgt das Schalten der Schritte 260 und 260a automatisch mit dem Öffnen 250 oder Verschließen 250a des Nebenzweigs, denn die Umschalteinrichtung ist als Wechselventil ausgebildet, sodass immer der Einlass, an dem der höhere Druck anliegt, automatisch geöffnet wird und der andere Einlass verschlossen wird.
  • Außerdem erfolgen die weitere Schritte 270 und 280 im in Figur 6 gezeigten Verfahren nach dem Schritt des Schaltens 260 der umschaltbaren Förderflute für vom Nebenzweig mit mittlerem Druck kommenden ersten Teilstrom des Kältemittels, wobei gleichzeitig ein oder mehrere von der übrigen nicht abgeschalteten Förderfluten zum Verdichten des Kältemittels des von dem Hauptzweig kommenden zweiten Teilstroms von dem niederen Druck auf den höheren Druck betrieben wird/werden.
  • Im Schritt 270 wird für das Regelziel der Harmonisierung in den jeweiligen Verdichtungsräumen vom Kurbelbetrieb des mehrflutigen Tauchkolbenverdichters mit Hilfe der von der Steuerung im Schritt 200 empfangenen Messdaten der optimale Betriebspunkt ermittelt. Dabei wird insbesondere auch der Aspekt einer möglichst geringen Schallemission der Verdichtungseinrichtung berücksichtigt. Wegen der asymmetrischen Belastung der Kurbelwelle des mehrflutigen Verdichters haben sich die Betriebsbedingungen geändert. Der mehrflutige Verdichter wird dadurch nach außen vermutlich eine erhöhte Geräuschabgabe und Vibrationsabgabe haben. Der optimale Betriebspunkt hat insbesondere für die Verringerung der Belastungsasymmetrie der Zylinder auf ein tragbares Maß eine nicht notwendigerweise thermodynamisch optimale Überhitzung des Kältemittels vor beziehungsweise am ersten Sauggaseinlass.
  • Im folgenden Schritt 280 wird das erste Expansionsorgan in der Weise gesteuert, dass die Überhitzung des Kältemittels vor oder am ersten Sauggaseinlass der Verdichtungseinrichtung betriebspunktoptimal gewählt wird.
  • Nach einer vorgegebenen Zeitspanne von zum Beispiel zwei Sekunden beginnt nach den Schritten 280 oder 260a das Verfahren erneut startend mit Schritt 200 durchzulaufen.

Claims (15)

  1. Verdichtungseinrichtung (1) umfassend mehrere einflutige Verdichter (47, 47a) oder einen mehrflutigen Verdichter (3) mit mehreren Förderfluten (9, 9a, 9b), wobei die Förderfluten (9, 9a, 9b) oder die einflutigen Verdichter (47, 47a) derart eingerichtet sind, dass sie parallelgeschaltet zum Verdichten eines Kältemittels von einem niederen Druck auf einen höheren Druck betreibbar sind, wobei ein oder mehrere von den mehreren Förderfluten (9, 9a, 9b) oder einflutigen Verdichtern (47, 47a) derart umschaltbar eingerichtet sind, dass sie/er bei einer Schalteinstellung zum Verdichten des Kältemittels eines ersten Teilstroms von einem zwischen dem niederen Druck und dem höheren Druck liegenden mittleren Druck auf den höheren Druck betreibbar ist/sind, wobei gleichzeitig der/die übrige/n von den mehreren Förderfluten (9, 9a, 9b) oder einflutigen Verdichtern (47, 47a) zum Verdichten des Kältemittels eines zweiten Teilstroms von dem niederen Druck auf den höheren Druck betreibbar ist/sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungseinrichtung (1) mindestens eine Umschalteinrichtung (5) derart eingerichtet aufweist, dass sie ein oder mehrere Wechselventile umfasst und für das Umschalten des/der umschaltbaren ein oder mehreren Förderfluten (9, 9a, 9b) oder einflutigen Verdichter (47, 47a) vorgesehen ist.
  2. Verdichtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der mehrflutige Verdichter (3) als Tauchkolbenverdichter mit mehreren Zylindern (11) für die mehreren Förderfluten (9, 9a, 9b) ausgebildet ist.
  3. Verdichtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der einflutigen Verdichter (47, 47a) oder Förderfluten (9, 9a, 9b) des mehrflutigen Verdichters (3) abschaltbar ausgebildet sind.
  4. Kältemittelkreislauf (23) umfassend hochdruckseitig wenigstens einen Kondensator/Gaskühler (25), die Hochdruckseite eines Economisers (27) sowie eine Verzweigung (29) in einen Hauptzweig (31) und in einen für Kältemitteldurchlass abschaltbaren Nebenzweig (33), wobei der geöffnet für den ersten Teilstrom des Kältemittels vorgesehene Nebenzweig (33) ein erstes Expansionsorgan (35) und dazu die in Kältemittelströmungsrichtung stromabwärts angeordnete Mitteldruckseite des Economisers (27) umfasst, und der im Fall der Kältemittelstromteilung für den zweiten Teilstrom des Kältemittels vorgesehene Hauptzweig (31) zumindest ein zweites Expansionsorgan (39) und dazu in Kältemittelströmungsrichtung stromabwärts angeordnet wenigstens einen Verdampfer (41) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (23) zum Verdichten des Kältemittels eine Verdichtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 umfasst, wobei ein erster Sauggaseinlass (37) der Verdichtungseinrichtung (1) für den durch den Nebenzweig (33) von der Mitteldruckseite des Economisers (27) kommenden ersten Teilstrom des Kältemittels vorgesehen ist, und ein zweiter Sauggaseinlass (15) der Verdichtungseinrichtung (1) für durch den Hauptzweig (31) von dem wenigstens einen Verdampfer (41) kommendes Kältemittel vorgesehen ist, und die Umschalteinrichtung (5) der Verdichtungseinrichtung (1) ein Wechselventil mit Auslass zu einem oder mehreren der umschaltbaren Förderfluten (9, 9a, 9b) oder umschaltbaren einflutigen Verdichter (47, 47a) und mit Schaltmöglichkeiten des Wechselventils für das Öffnen des Ventildurchlasses für Kältemittel vom ersten Sauggaseinlass (37) oder vom zweiten Sauggaseinlass (15) der Verdichtungseinrichtung (1) umfasst.
  5. Kältemittelkreislauf (23) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Expansionsorgan (35) als ein regelbares elektronisches Expansionsventil, das verschließbar ist, ausgebildet ist.
  6. Kältemittelkreislauf (23) nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Expansionsorgan (35) eine MOP-Regelung umfasst.
  7. Kältemittelkreislauf (23) nach einem der Ansprüche 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass er eine derart ausgebildete Steuerung (43) aufweist, dass mit ihr das erste Expansionsorgan (35) unter Berücksichtigung einer Überhitzung des Kältemittels vor dem oder am ersten Sauggaseinlass (37) der Verdichtungseinrichtung (1) steuerbar ist.
  8. Kältemittelkreislauf (23) nach einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (43) derart ausgebildet ist, dass das erste Expansionsorgan (35) unter Berücksichtigung der Leistung der Verdichtungseinrichtung (1) und/oder des Temperaturunterschieds zwischen Temperatur einer Wärmesenke am wenigstens einen Kondensator/Gaskühler (25) und Temperatur einer Wärmequelle am wenigstens einen Verdampfer (41) des Hauptzweigs steuerbar ist.
  9. Kältemittelkreislauf (23) nach einem der Ansprüche 4 bis 8 mit einer Verdichtungseinrichtung (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (43) derart ausgebildet ist, dass im Fall für den ersten Teilstrom des Kältemittels mit mittlerem Druck umgeschaltete(r)/n Förderflute/n (9, 9a, 9b) das erste Expansionsorgan (35) und/oder das zweite Expansionsorgan (39) unter Berücksichtigung eines Regelziels der Harmonisierung der in den jeweiligen Verdichtungsräumen vom Kurbeltrieb auf das Kältemittel übertragenen Leistung steuerbar ist/sind.
  10. Kältemittelkreislauf (23) nach einem der Ansprüche 4 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass er für eine Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Fahrzeugs, wie insbesondere eines Omnibusses oder Schienenfahrzeugs, vorgesehen ist.
  11. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (23) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei jedoch die für das Umschalten des/der umschaltbaren ein oder mehreren Förderfluten (9, 9a, 9b) oder einflutigen Verdichter (47, 47a) vorgesehene Umschalteinrichtung (5) nicht nur auf eine derartige mit ein oder mehreren Wechselventilen beschränkt ist, gekennzeichnet durch die Schritte
    a) des Prüfens (110, 230) unter Berücksichtigung des Temperaturunterschieds zwischen Temperatur der Wärmesenke am wenigstens einen Kondensator/Gaskühler (25) und Temperatur der Wärmequelle am wenigstens einen Verdampfer (41) des Hauptzweigs (31), ob das Betreiben des Kältemittelkreislaufs (23) mit Nutzung des Economisers (27) erfolgen soll,
    b) sofern das Ergebnis des Schritts a) positiv ist, die Schritte
    aa) öffnen oder geöffnet lassen (130, 250) des für den ersten Teilstrom des Kältemittels vorgesehenen Nebenzweigs (33), sodass die Hochdruckseite des Economisers (27) von Kältemittels durchströmt wird und die Mitteldruckseite des Economisers (27) vom im ersten Expansionsorgan (35) auf einen mittleren Druck entspannten Kältemittel des ersten Teilstroms durchströmt wird, und
    bb) umschalten oder umgeschaltet lassen (140, 260) der ein oder mehreren umschaltbaren Förderfluten (9, 9a, 9b) oder umschaltbaren einflutigen Verdichter (47, 47a) in der Weise, dass sie zum Verdichten des Kältemittels des ersten Teilstroms von einem zwischen dem niederen Druck und dem höheren Druck liegenden mittleren Druck auf den höheren Druck betrieben werden, wobei gleichzeitig ein oder mehrere von der/den übrigen Förderflute/n (9, 9a, 9b) oder ein oder mehrere von dem/den übrigen einflutigen Verdichter/n (47, 47a) zum Verdichten des Kältemittels des zweiten Teilstroms von dem niederen Druck auf den höheren Druck betrieben wird/werden,
    erfolgen, oder
    c) sofern das Ergebnis des Schritts a) negativ ist, die Schritte
    cc) schließen oder geschlossen lassen (130a, 250a) des für den ersten Teilstrom des Kältemittels vorgesehenen Nebenzweigs (33), sodass vom Economiser (27) nur die Hochdruckseite von Kältemittel durchströmt wird, und
    dd) umschalten oder umgeschaltet lassen (140a, 260a) der ein oder mehreren umschaltbaren Förderfluten (9, 9a, 9b) oder umschaltbaren einflutigen Verdichter (47, 47a) in der Weise, dass sie zum Verdichten von vom Hauptzweig (31) kommenden Kältemittel von einem niederen Druck auf einen höheren Druck betrieben werden, wobei in Parallelschaltung dazu gleichzeitig ein oder mehrere von der/den übrigen Förderflute/n (9, 9a, 9b) oder ein oder mehrere von dem/den übrigen einflutigen Verdichter/n (47, 47a) auch zum Verdichten von vom Hauptzweig (31) kommenden Kältemittel von dem niederen Druck auf den höheren Druck betrieben wird/werden,
    erfolgen.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Umschalteinrichtung (5), die ein Wechselventil mit Auslass zu einem oder mehreren der umschaltbaren Förderfluten (9, 9a, 9b) oder einflutigen Verdichter (47, 47a) und mit Wechselschalten für das Öffnen des Ventildurchlasses für Kältemittel vom ersten Sauggaseinlass (37) oder vom zweiten Sauggaseinlass (15) der Verdichtungseinrichtung (1) umfasst, die Schalteinstellung für den Schritt bb) durch öffnen und die andere Schalteinstellung für den Schritt dd) durch schließen des Nebenzweigs (33) erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) das Ergebnis der Prüfung (110, 230) ob das Betreiben des Kältemittelkreislaufs (23) mit Nutzung des Economisers (27) erfolgen soll, von der Wirtschaftlichkeit der Nutzung des Economisers (27) abhängt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet,
    dass bei einer als Tauchkolbenverdichter mit mehreren Zylindern (11) für die mehreren Förderfluten (9, 9a, 9b) ausgebildeten Verdichtungseinrichtung (1) für das Regelziel der Harmonisierung in den jeweiligen Verdichtungsräumen vom Kurbelbetrieb des mehrflutigen Tauchkolbenverdichters im Fall des Schritts b) das erste Expansionsorgan (35) in der Weise gesteuert wird, dass die Überhitzung des Kältemittels vor oder am ersten Sauggaseinlass (37) der Verdichtungseinrichtung (1) betriebspunktoptimal gewählt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14 zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (23) mit der Verdichtungseinrichtung (1), bei der ein oder mehrere der einflutigen Verdichter (47, 47a) oder Förderfluten (9, 9a, 9b) des mehrflutigen Verdichters (3) abschaltbar ausgebildet sind, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte
    - des Ermittelns (270) des Leistungsbedarfs von der Verdichtungseinrichtung (1) für den Kältemittelkreislauf (23),
    - des Abschaltens oder Zuschalten oder des abgeschaltet oder zugeschaltet Belassens (280) von eine(s)/r oder mehrerer des/der abschaltbaren einflutigen Verdichter/s (47, 47a) oder Förderflute/n (9, 9a, 9b) abhängig vom ermittelten Leistungsbedarf.
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