WO2006097229A1 - Kälte-kreislauf - Google Patents

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WO2006097229A1
WO2006097229A1 PCT/EP2006/002127 EP2006002127W WO2006097229A1 WO 2006097229 A1 WO2006097229 A1 WO 2006097229A1 EP 2006002127 W EP2006002127 W EP 2006002127W WO 2006097229 A1 WO2006097229 A1 WO 2006097229A1
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WO
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accumulator
refrigerant
volume
circuit according
refrigeration circuit
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PCT/EP2006/002127
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Andreas Kemle Kemle
Bernd Schäfer
Thomas Tscheppe
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Behr Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/18—Optimization, e.g. high integration of refrigeration components

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration cycle according to the preamble of claim 1.
  • EP 0 424 474 B2 discloses a method for operating a cold vapor process under transcritical or supercritical conditions.
  • a compressor, a radiator, a throttle device and an evaporator are provided, which are serially connected to each other to form an integral closed circuit.
  • the circuit operates with supercritical pressure on the high pressure side of the circuit, wherein the pressure on the high pressure side is regulated by changing the respective refrigerant charge on the high pressure side of the circuit by changing the content of a refrigerant buffer tank disposed in the circuit, the pressure decreasing the content is increased, and vice versa. This affects the specific capacity of the circuit.
  • the regulation of the supercritical pressure is carried out by changing the liquid content of a low-pressure refrigerant tank, which lies between the evaporator and the compressor, using only the Throttle device as a control device.
  • the condition of the evaporator outlet is maintained as a two-phase mixture of vapor and liquid, creating an excess of liquid at the low pressure inlet of an additional heat exchanger where the low pressure refrigerant is heated by the high pressure refrigerant before entering the compressor evaporator and overheating.
  • the refrigerant is carbon dioxide.
  • a refrigeration circuit which can be operated under supercritical conditions is provided with a compressor, a gas cooler, an internal heat exchanger, an expansion element, an evaporator and optionally an accumulator, the accumulator, if present, being arranged in the low-pressure part of the refrigeration circuit.
  • the accumulator is preferably arranged between the evaporator and the inner heat exchanger.
  • the refrigeration cycle at the time of filling - which may be, for example, the first filling or refilling in the context of repair or maintenance - filled in addition to the minimum amount of refrigerant required with an additional volume of refrigerant, which compensates for the leakage losses occurring over an operating period
  • the term "operating time duration" is to be understood as meaning, in particular, a time interval up to scheduled maintenance or the planned service life of the plant.
  • the minimum required amount of refrigerant is usually understood as the amount of refrigerant that is necessary to realize the maximum cooling capacity of the system. This is usually determined in practice by the fact that in every operating state of the refrigeration system (starting operations or short-term operating fluctuations excepted) the refrigerant at the evaporator outlet is just two-phase, ie vaporous and liquid.
  • T crit R744 31 ° C.
  • the standstill pressure is both a function of the temperature, as well as the average density of the refrigerant in the refrigeration cycle, the standstill pressure increases with increasing average density and with increasing temperature.
  • R744 carbon dioxide
  • a mean density in the refrigeration cycle of a maximum of 280 kg / m 3 , preferably a maximum of 260 kg / m 3 , in particular a maximum of 250 kg / m 3 (tolerances of +/- 10% are possible) can ensure that in particular even with a standstill of the refrigeration system or when operating at high ambient temperatures in conjunction with high refrigerant charge in the refrigeration cycle, the refrigeration system takes no harm as a result of the significantly increased pressure. It is, if an accumulator is present, make sure that the accumulator volume on the one hand is not too small to ensure appropriate leakage retention, on the other hand is not chosen too large to ensure cost-effective production and the space in the engine compartment as small as possible to keep.
  • Leaks can usually occur at the connection points in the refrigeration circuit and at the radial shaft sealing ring of the compressor. If the accumulator is dimensioned relatively small, or in extreme cases no accumulator is present, the lines and other components take over. components whose function they are to be interpreted accordingly. By providing a sufficient provision of leakage among other things, the maintenance intervals can be extended without sacrificing performance and reliability can be increased.
  • the volume of the accumulator preferably results according to the equation given in the claim, with deviations of +/- 20% being possible. However, the deviations are preferably only a maximum of +/- 10%, in particular a maximum of +/- 5%, in order to obtain an optimum accumulator volume. It should be ensured that for use of the accumulator as a buffer volume to compensate for operational fluctuations, the free accumulator volume should be greater than 450 cm 3 .
  • the free accumulator volume for mobile R744 refrigeration systems is preferably between 700 and 4000 cm 3 , in particular between 900 and 3000 cm 3 , and particularly preferably between 1100 and 2100 cm 3 .
  • the accumulator volume may also be distributed to a plurality of containers, which are arranged between the evaporator and the compressor.
  • formed lines form a part of the accumulator volume.
  • FIG. 1 is a schematic schematic diagram of a refrigeration cycle according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a refrigeration cycle GE measure the second embodiment
  • Fig. 3 is a p, h diagram of a typical R744 refrigerant circuit at the design point
  • Fig. 4 is a diagram illustrating a typical course of the R744 pressure over time in the accumulator at the design point.
  • FIG. 1 shows as a first exemplary embodiment a schematic diagram of a refrigeration cycle 1 of a motor vehicle air conditioning system which includes a refrigerant compressor 2, a gas cooler 3, an internal heat exchanger 4, an expansion element 5, an evaporator 6 and a collector or accumulator 7 having.
  • refrigerant 1 R744 carbon dioxide
  • the gaseous refrigerant passes from the compressor 2, in which it is compressed, via the gas cooler 3, in which the refrigerant heated as a result of the compression is cooled, to the internal heat exchanger 4 and to the expansion element 5, in which the compressed refrigerant is expanded and thereby is cooled further.
  • the high pressure side Because of the high pressure prevailing in this part of the refrigeration cycle 1, it is referred to as the high pressure side.
  • the free accumulator volume is defined as the internal volume of the accumulator minus the volume of any internal installations of the accumulator.
  • the free accumulator volume V accumulator can be calculated according to the following equation:
  • V Accumulator [m Leakage - V KKL (p max - P ⁇ L / 1 '(Pmax " ⁇ P ⁇ auline [PAkku.)
  • m leakage is the refrigerant for provision for the leakage
  • p accumulator the pressure of the refrigerant in the accumulator (in the design point)
  • p max the maximum permissible density in the refrigeration circuit and accumulator
  • p KKL the average density of the refrigeration cycle without accumulator
  • p TaU inle the density of the refrigerant on the dew line
  • V battery the volume of the accumulator
  • V KKL the volume of the refrigeration circuit without accumulator.
  • the formula applies primarily to the filling time of the system.
  • ⁇ Accumulator [ m leakage ⁇ V KKL (p max - P KK L)] / (Pmax ⁇ PGas)
  • Design point for the battery volume is an operating point at very high ambient temperatures (eg 40 to 45 0 C and / or 45 to 48 0 C) and a high solar load (eg 1000 W / m 2 ).
  • the vehicle is operated in idle, possibly in outdoor air mode.
  • the refrigeration system In order to operate the refrigeration system optimally, the refrigeration system must be filled with refrigerant in such a way that the overheating of the refrigerant disappears after the evaporator, or within the scope of the measuring accuracy is less than 6 K, preferably 4 K, particularly preferably 2 K.
  • the free accumulator volume should be determined approximately according to the above equation, the equation being optimum. Deviations in the design up or down are of course possible, but should be kept low, in particular amount to a maximum of 20%.
  • the accumulator volume should be greater than 450 cm 3 . In the present case, the free accumulator volume is about 1600 cm 3 .
  • the average density in the refrigeration cycle 1 without accumulator 7 should be less than or equal to the maximum permissible density of the refrigeration cycle 1 including accumulator volume in the design of the accumulator 7, which is advantageously 260 kg / m 3 .
  • the refrigeration cycle 1 is operated so that in any operating state (except for the starting or short-term fluctuations in operation) the refrigerant at the evaporator outlet two-phase, ie vapor and liquid, is present, whereby at least a portion of the refrigerant in the liquid state reaches the accumulator 7 and there collected and saved.
  • second embodiment corresponds essentially borrowed the first embodiment, but in this case the expansion element 5 is integrated into the inner heat exchanger 4.
  • the refrigerant passes directly from the inner heat exchanger 4 to the expansion element 5, which in the present case is directly integrated into the inner heat exchanger 4 at the rear end, and does not have to flow through a line, nothing changes at the function of the refrigeration cycle.
  • the refrigerant pipes between the evaporator and the accumulator, the accumulator and the inner Heat exchanger and the inner heat exchanger to the compressor with an enlarged inner diameter (for example, more than and / or 10 mm inner diameter) and the refrigerant lines between the compressor and gas cooler, the gas cooler and the expansion element and the expansion device to the evaporator with a reduced inner diameter ( of, for example, less than 8 mm, 6 mm or 4 mm inner diameter).
  • the line lengths are formed enlarged in the areas with increased inner diameter and the line lengths in the areas with reduced inner diameter formed shortened, so that in the corresponding areas more or less refrigerant is absorbed.
  • the accumulator can be made smaller or even completely eliminated in the extreme case. In particular, in the latter case, other components can take over a protection of the compressor before a "wet driving".
  • the refrigeration cycle is operated according to the third embodiment in each case such that the average density of the refrigerant in the refrigeration cycle is at most 260 kg / m 3 + 10%, ie a maximum of 286 kg / m 3 . Also in this case, the circuit is operated so that in any operating condition (except for the starting and short-term fluctuations in operation), the refrigerant at the evaporator outlet two-phase, ie vapor and liquid, is present.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kälte-Kreislauf (1 ) mit einem Verdichter (2), einem Gaskühler (3), einem inneren Wärmetauscher (4), einem Expansions- organ (5), einem Verdampfer (6) und gegebenenfalls einem Akkumulator (7), wobei der Akkumulator (7), sofern vorhanden, im Niederdruckteil des Kälte- Kreislaufs (1 ) angeordnet ist. Die mittlere Dichte des Kältemittels im Kälte- Kreislauf (1 ) beträgt hierbei maximal 260 kg/m3 +/-10%. Das Volumen des Akkumulators (7) ergibt sich bevorzugt näherungsweise durch VAkku = [mLeckage- V KKL (Pmax__ PKKL)] / (Pmax____ _pTaulinie[PAkku]).

Description

Kälte-Kreislauf
Die Erfindung betrifft einen Kälte-Kreislauf gemäß dem Oberbegriff des An- spruchs 1.
Aus der EP 0 424 474 B2 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kaltdampfprozesses unter trans- oder überkritischen Bedingungen bekannt. Hierbei ist im Dampfkompressionskreis ein Kompressor, ein Kühler, eine Drosselein- richtung und ein Verdampfer vorgesehen, die seriell miteinander verbunden sind, um einen integralen geschlossenen Kreis zu bilden. Der Kreis arbeitet mit überkritischem Druck auf der Hochdruckseite des Kreises, wobei der Druck auf der Hochdruckseite durch Veränderung der jeweiligen Kältemittelfüllung auf der Hochdruckseite des Kreises durch Veränderung des Inhalts eines in dem Kreis angeordneten Kältemittel-Pufferbehälters reguliert wird, wobei der Druck durch Verringern des Inhalts erhöht wird, und umgekehrt. Dadurch wird die spezifische Kapazität des Kreises beeinflusst. Die Regulierung des überkritischen Drucks wird durch Veränderung des Flüssigkeitsinhalts eines Niederdruckkältemittelbehälters ausgeführt, der zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor liegt, und zwar unter Verwendung nur der Drosseleinrichtung als Steuereinrichtung. Der Zustand des Verdampferauslasses wird als eine Zwei-Phasen-Mischung von Dampf und Flüssigkeit gehalten, und zwar unter Schaffung eines Flüssigkeitsüberschusses an dem Niederdruckeinlass eines zusätzlichen Wärmetauschers, wo das Nieder- druckkältemittel durch Wärme von dem Hochdruckkältemittel vor dem Ein- lass in den Kompressor Verdampfung und Überhitzung unterworfen wird. Beim Kältemittel handelt es sich um Kohlendioxid.
Ein derartiger Kreislauf lässt jedoch noch Wünsche offen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kreislauf zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kreislauf mit den Merkmalen des An- spruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein unter überkritischen Bedingungen betreibbarer Kälte-Kreislauf mit einem Verdichter, einem Gaskühler, einem inneren Wärme- tauscher, einem Expansionsorgan, einem Verdampfer und gegebenenfalls einem Akkumulator versehen, wobei der Akkumulator, sofern vorhanden, im Niederdruckteil des Kälte-Kreislaufs angeordnet ist. Der Akkumulator ist hierbei bevorzugt zwischen dem Verdampfer und dem inneren Wärmetauscher angeordnet. Dabei wird der Kältekreislauf zum Zeitpunkt des Befüllens - wobei es sich beispielsweise um die erstmalige Befüllung oder um eine Wiederbefüllung im Rahmen einer Reparatur oder Wartung handeln kann - zusätzlich zur minimal erforderlichen Kältemittelmenge mit einem Zusatzvolumen an Kältemittel befüllt, das die über eine Betriebszeitdauer auftretenden Leckageverluste ausgleicht. Unter Betriebszeitdauer ist in diesem Zu- sammenhang insbesondere ein Zeitintervall bis zu einer planmäßigen Wartung bzw. die geplante Lebensdauer der Anlage zu verstehen. Demgegen- über wird die minimal erforderliche Menge an Kältemittel in der Regel als die Menge an Kältemittel verstanden, die notwendig ist, um die maximale Kälteleistung der Anlage zu realisieren. Diese wird in der Praxis meist dadurch bestimmt, dass in jedem Betriebszustand der Kälteanlage (Anfahrvorgänge oder kurzzeitige Betriebsschwankungen ausgenommen) das Kältemittel am Verdampferaustritt gerade eben noch zweiphasig, also dampfförmig und flüssig, vorliegt.
Insbesondere bei der Verwendung von R744 als Kältemittel kann das Kälte- mittel bei einem Anlagenstillstand bei in der Praxis auftretenden Temperaturen in einem überkritischen Zustand vorliegen (Tkrit R744=31 0C). In einem solchen Fall ist der Stillstandsdruck sowohl eine Funktion der Temperatur, als auch der mittleren Dichte des Kältemittels im Kältekreislauf, wobei der Stillstandsdruck mit steigender mittlerer Dichte sowie mit steigender Temperatur zunimmt. Auch ansonsten bedingt die Verwendung von R744 (Kohlendioxid) als Kältemittel gegenüber dem Einsatz von R134a in aller Regel ein deutlich erhöhtes Druckniveau. Eine mittlere Dichte im Kälte-Kreislauf von maximal 280 kg/m3, vorzugsweise maximal 260 kg/m3, insbesondere maximal 250 kg/m3 (wobei Toleranzen von jeweils +/- 10% möglich sind) kann sicherstel- len, dass insbesondere auch bei einem Stillstand der Kälteanlage oder bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen in Verbindung mit hohen Kältemittelfüllmengen im Kälte-Kreislauf die Kälteanlage in Folge des deutlich erhöhten Druckes keinen Schaden nimmt. Dabei ist, sofern ein Akkumulator vorhanden ist, darauf zu achten, dass das Akkumulatorvolumen einerseits nicht zu klein gewählt wird, um eine entsprechende Leckagevorhaltung sicherzustellen, andererseits nicht zu groß gewählt wird, um eine kostengünstige Fertigung zu gewährleisten und den Bauraum im Motorraum so klein wie möglich zu halten. Leckagen können üblicherweise an den Verbindungsstellen im Kälte-Kreislauf und am Radialwellendichtring des Verdichters auftre- ten. Ist der Akkumulator relativ klein dimensioniert, oder im Extremfall kein Akkumulator vorhanden, so übernehmen die Leitungen und sonstigen Kom- ponenten dessen Funktion, wofür sie entsprechend auszulegen sind. Durch das Vorsehen einer ausreichenden Leckagevorhaltung können unter anderem die Wartungsintervalle ohne Leistungseinbußen verlängert werden und die Betriebssicherheit erhöht werden.
Das Volumen des Akkumulators ergibt sich bevorzugt entsprechend der im Anspruch angegebenen Gleichung, wobei Abweichungen von +/- 20% möglich sind. Bevorzugt betragen die Abweichungen jedoch nur maximal +/- 10%, insbesondere maximal +/- 5%, um ein optimales Akkumulatorvolumen zu erhalten. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass zur Verwendung des Akkumulators als Puffervolumen zum Ausgleich von Betriebsschwankungen das freies Akkumulatorvolumen größer als 450 cm3 sein sollte. Das freie Akkumulatorvolumen für mobile R744-Kälteanlagen beträgt vorzugsweise zwischen 700 und 4000 cm3, insbesondere zwischen 900 und 3000 cm3, und insbesondere bevorzugt zwischen 1100 und 2100 cm3.
Das Akkumulatorvolumen kann auch auf mehrere Behälter verteilt sein, die zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter angeordnet sind. Dabei können auch entsprechend, insbesondere mit vergrößertem Innendurchmesser, ausgebildete Leitungen einen Teil des Akkumulatorvolumens bilden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, teilweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung, im Einzelnen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Prinzipskizze eines Kälte-Kreislaufs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Prinzipskizze eines Kälte-Kreislaufs ge- maß dem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 ein p, h-Diagramm eines typischen R744-Kältemittel- Kreislaufs im Auslegungspunkt, und
Fig. 4 ein Diagramm, das einen typischen Verlauf des R744-Drucks über der Zeit im Akkumulator im Auslegungspunkt verdeutlicht.
Die Fig. 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel eine schematische Prinzipskizze eines Kälte-Kreislaufs 1 einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, welcher einen Kältemittel-Verdichter 2, einen Gaskühler 3, einen inneren Wärmetauscher 4, ein Expansionsorgan 5, einen Verdampfer 6 und einen Sammler oder Akkumulator 7 aufweist.
Als Kältemittel wird im Kreislauf 1 R744 (Kohlendioxid) umgewälzt. Das gas- förmige Kältemittel gelangt vom Verdichter 2, in welchem es verdichtet wird, über den Gaskühler 3, in welchem das in Folge der Verdichtung erhitzte Kältemittel abgekühlt wird, zum inneren Wärmetauscher 4 und zum Expansionsorgan 5, in welchem das verdichtete Kältemittel entspannt und dadurch weiter abgekühlt wird. Wegen des in diesem Teil des Kälte-Kreislaufs 1 herr- sehenden, hohen Drucks wird auf denselben als Hochdruckseite Bezug genommen. Anschließend gelangt das kalte, entspannte Kältemittel vom Expansionsorgan 5 zum Verdampfer 6, in welchem es Wärme aus der Umgebung aufnimmt und welchen es zum Teil dampfförmig und zum Teil flüssig verlässt, dann zum Akkumulator 7, in welchem sich flüssiges Kältemittel sammelt und bei Bedarf wieder dem Kreislauf zugeführt werden kann, und über den inneren Wärmetauscher 4 wieder zum Verdichter 2. Wegen des in diesem Teil des Kälte-Kreislaufs 1 herrschenden, niedrigeren Drucks, wird auf denselben als Niederdruckseite Bezug genommen.
Der Akkumulator 7, der niederdruckseitig zwischen dem Verdampfer 6 und dem inneren Wärmetauscher 4 angeordnet ist, hat zwei Aufgaben. Zum Ei- nen soll der Akkumulator 7 als Puffervolumen zum Ausgleich von Betriebsschwankungen dienen, da in unterschiedlichen Betriebspunkten unterschiedlich viel Kältemittel benötigt wird. Zum Anderen soll neben der für den Betrieb der Kälteanlage benötigten Kältemittelmenge zusätzliches Kältemittel in den Kreislauf gefüllt werden, um über einen definierten Zeitraum die unvermeidlichen Kältemittelleckagen, beispielsweise am Verdichter- Radialwellendichtring, abzupuffern. Auch dieser zusätzliche Kältemittelpuffer oder -vorrat soll insbesondere im Betrieb der Anlage im Akkumulator 7 vorgehalten werden.
Unter realen Betriebsbedingungen und mit einer sinnvollen Leckagevorhaltung ist für die Auslegung des freien Akkumulatorvolumens die Kältemittelleckage maßgeblich. Das freie Akkumulatorvolumen ist dabei definiert als das Innenvolumen des Akkumulators abzüglich des Volumens eventueller Inneneinbauten des Akkumulators. Abhängig vom Kreislaufvolumen ohne Akkumulator 7 und dem Kältemitteldruck im Akkumulator 7 im Auslegungspunkt lässt sich das freie Akkumulatorvolumen VAkku hierbei nach folgender Gleichung berechnen:
VAkku = [mLeckage — V KKL (pmax — PκκL/1 ' (Pmax "~ Pτaulinie[PAkku.)
Hierbei sind mLeckage das Kältemittel zur Vorhaltung für die Leckage, pAkku der Druck des Kältemittels im Akkumulator (im Auslegungspunkt), pmax die maximal zulässige Dichte im Kälte-Kreislauf und Akkumulator, pKKL die mittlere Dichte des Kälte-Kreislaufs ohne Akkumulator, pTaU|inle die Dichte des Kältemittels auf der Taulinie, VAkku das Volumen des Akkumulators und VKKL das Volumen des Kälte-Kreislaufs ohne Akkumulator. Die Formel gilt dabei in erster Linie für den Befüllungszeitpunkt der Anlage.
Als weitere Auslegungsgrundlage kann folgende Gleichung Anwendung finden: ^Akku = [mLeckage ~ V KKL (pmax — PKKL)] / (Pmax ~~ PGas)
Hierbei sind mLeokage das Kältemittel zur Vorhaltung für die Leckage, pAkku der Druck des Kältemittels im Akkumulator (im Auslegungspunkt), pmax die maximal zulässige Dichte im Kälte-Kreislauf und Akkumulator, pKKL die mittlere Dichte des Kälte-Kreislaufs ohne Akkumulator, pGas die Dichte des gasförmigen Kältemittels im Akkumulator, VAkku das Volumen des Akkumulators und VKKL das Volumen des Kälte-Kreislaufs ohne Akkumulator. Auch diese For- mel gilt dabei in erster Linie für den Befüllungszeitpunkt der Anlage.
Auslegungspunkt für das Akkuvolumen ist ein Betriebspunkt bei sehr hohen Umgebungstemperaturen (z.B. 40 bis 450C und/oder 45 bis 480C) und einer hohen Sonnenlast (z.B. 1000 W/m2). Das Fahrzeug wird im Leerlauf ggf. im Außenluftbetrieb betrieben. Um die Kälteanlage optimal zu betreiben muss die Kälteanlage mit Kältemittel so gefüllt werden, dass die Überhitzung des Kältemittels nach Verdampfer verschwindet, bzw. im Rahmen der Messgenauigkeit kleiner 6 K, vorzugsweise 4 K, besonders vorzugsweise 2 K beträgt. Dabei stellen sich ein bestimmter Kältemitteldruck im Akkumulator 7 und eine bestimmte Kältemitteldichte (Dichte auf der Taulinie, bzw. Dichte bei 2, 4 oder 6 K Überhitzung und p=pAkku) ein (stationärer Zustand bzw. Wert nach 10 min). Ein typischer Verlauf des Drucks im Akkumulator 7 ist in Fig. 4 dargestellt. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, fällt der Druck nach dem Starten innerhalb kurzer Zeit stark ab.
Das freie Akkumulatorvolumen sollte etwa entsprechend oben genannter Gleichung festgelegt werden, wobei die Gleichung als Optimum gilt. Abweichungen bei der Auslegung nach oben oder unten sind natürlich möglich, sollten aber gering gehalten werden, insbesondere maximal 20% betragen. Bei der Auslegung ist darauf zu achten, dass zur Verwendung des Akkumulators 7 als Puffervolumen zum Ausgleich von Betriebsschwankungen das freiθ Akkumulatorvolumen sinnvollerweise größer als 450 cm3 sein sollte. Vorliegend beträgt das freie Akkumulatorvolumen ca. 1600 cm3.
Die mittlere Dichte im Kälte-Kreislauf 1 ohne Akkumulator 7 sollte bei der Auslegung des Akkumulators 7 kleiner oder gleich der maximal zulässigen Dichte des Kälte-Kreislaufs 1 einschließlich Akkumulatorvolumen sein, die vorteilhafterweise 260 kg/m3 beträgt. Der Kälte-Kreislauf 1 wird so betrieben, dass in jedem Betriebszustand (außer bei den Anfahrvorgängen oder kurzfristigen Betriebsschwankungen) das Kältemittel am Verdampferaustritt zweiphasig, also dampfförmig und flüssig, vorliegt, wodurch zumindest ein Teil des Kältemittels in flüssigem Zustand zum Akkumulator 7 gelangt und dort gesammelt und gespeichert werden kann.
Das in Fig. 2 dargestellte, zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesent- liehen dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch ist hierbei das Expansionsorgan 5 in den inneren Wärmetauscher 4 integriert. An der Funktion des Kälte- Kreislaufs ändert sich - abgesehen davon, dass das Kältemittel direkt vom inneren Wärmetauscher 4 zum Expansionsorgan 5, welches vorliegend direkt in den inneren Wärmetauscher 4 hochd rückseitig integriert ist, gelangt und nicht erst durch eine Leitung strömen muss - nichts.
Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Leitung zwischen dem inneren Wärmetauscher 4 und dem Expansionsorgan 5 wird ermöglicht, dass die Leitung, in welcher sich Kältemittel mit der höchsten Dichte befindet, mög- liehst kurz gehalten werden kann oder, wie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, ganz entfällt.
Gemäß einem dritten, nicht in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, welches aber in seinem prinzipiellen Aufbau im Wesentlichen dem ers- ten Ausführungsbeispiel entspricht, sind die Kältemittelleitungen zwischen dem Verdampfer und dem Akkumulator, dem Akkumulator und dem inneren Wärmetauscher und dem inneren Wärmetauscher bis zum Verdichter mit einem vergrößerten Innendurchmesser (von beispielsweise mehr als und/oder = 10 mm Innendurchmesser) und die Kältemittelleitungen zwischen dem Verdichter und Gaskühler, dem Gaskühler und dem Expansionsorgan sowie dem Expansionsorgan bis zum Verdampfer mit einem verkleinerten Innendurchmesser (von beispielsweise weniger als 8 mm, 6 mm bzw. 4 mm Innendurchmesser) ausgebildet. Zudem sind die Leitungslängen in den Bereichen mit vergrößertem Innendurchmesser vergrößert ausgebildet und die Leitungslängen in den Bereichen mit verkleinertem Innendurchmesser ver- kürzt ausgebildet, so dass in den entsprechenden Bereichen mehr bzw. weniger Kältemittel aufgenommen wird. Dadurch kann unter anderem der Akkumulator verkleinert ausgebildet sein oder im Extremfall gar ganz entfallen. Insbesondere im letzteren Fall können dabei andere Komponenten einen Schutz des Kompressors vor einem „Naßfahren" übernehmen.
Der Kälte-Kreislauf wird gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in jedem Fall derart betrieben, dass die mittlere Dichte des Kältemittels im Kälte- Kreislauf maximal 260 kg/m3 + 10%, also maximal 286 kg/m3, beträgt. Auch in diesem Fall wird der Kreislauf so betrieben, dass in jedem Betriebszustand (außer bei den Anfahrvorgängen und kurzfristigen Betriebsschwankungen) das Kältemittel am Verdampferaustritt zweiphasig, also dampfförmig und flüssig, vorliegt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Kälte-Kreislauf mit einem Verdichter (2), einem Gaskühler (3), einem inneren Wärmetauscher (4), einem Expansionsorgan (5), einem Verdampfer (6) und einem Kältemittel, gekennzeichnet durch ein Zusatzvolumen an Kältemittel, das die über eine Betriebszeitdauer auftretenden Leckageverluste ausgleicht.
2. Kälte-Kreislauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dichte des Kältemittels im Kälte-Kreislauf (1 ) maximal 280 kg/m3, vorzugsweise maximal 260 kg/m3, insbesondere maximal 250 kg/m3, be- trägt.
3. Kälte-Kreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Akkumulator (7) niederdruckseitig im Kälte-Kreislauf (1) zwischen dem Verdampfer (6) und dem inneren Wärmetauscher (4) angeordnet ist.
4. Kälte-Kreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Volumen des Akkumulators (7) ergibt durch:
"Akku = [^Leckage ~ ^ KKL (Pmaχ ~ PKKL/J ' (Pmax "~ Pτaulinie-PAkku.)> wobei Abweichungen von +/- 20% möglich sind, und wobei mLeckage das Kältemittel zur Vorhaltung für die Leckage, pAkku der Druck des Kältemittels im Akkumulator (7), pmax die maximal zulässige Dichte im Kälte-Kreislauf (1 ) und Akkumulator (7), pKKL die mittlere Dichte des Kälte-Kreislaufs (1) ohne Akkumulator (7), pTaU|inie die Dichte des Käl- temittels auf der Taulinie, VAkku das Volumen des Akkumulators (7) und
VKKL das Volumen des Kälte-Kreislaufs (1) ohne Akkumulator (7) ist.
5. Kälte-Kreislauf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichungen des Volumen des Akkumulators (7) maximal +/- 10%, insbesondere maximal +/- 5%, betragen.
6. Kälte-Kreislauf nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das freies Akkumulatorvolumen größer als 450 cm3 ist.
7. Kälte-Kreislauf nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass das freies Akkumulatorvolumen zwischen 700 cm3 und
4000 cm3, vorzugsweise zwischen 900 cm3 und 3000 cm3, besonders vorzugsweise zwischen 1100 cm3 und 2100 cm3 beträgt.
8. Kälte-Kreislauf nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass mindestens zwei Behälter zur Aufnahme des Kältemittels niederdruckseitig zwischen dem Verdampfer (6) und dem Verdichter (2) vorgesehen sind.
9. Kälte-Kreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen im Bereich zwischen dem Verdampfer (6) und dem Verdichter (2) mit vergrößertem Innendurchmesser von insbesondere mehr als und/oder = 10 mm Innendurchmesser und/oder vergrößerter Länge ausgebildet sind.
10. Kälte-Kreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen im Bereich zwischen dem Verdichter (2) und dem Verdampfer (6) mit verkleinertem Innendurchmesser von insbesondere weniger als 8 mm, vorzugsweise weniger als 6 mm Innendurchmesser und/oder verkleinerter Länge ausgebildet sind.
11. Kälte-Kreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsorgan (5) in der Nähe des hoch- druckseitigen Ausgangs des inneren Wärmetauschers (4) angeordnet oder in denselben integriert ausgebildet ist.
12. Kälte-Kreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Kohlendioxid als Kältemittel.
13. Verfahren zum Befüllen eines Kälte-Kreislaufs (1 ) mit einem Verdichter (2), einem Gaskühler (3), einem inneren Wärmetauscher (4), einem Expansionsorgan (5) und einem Verdampfer (6) mit einem Kältemittel, dadurch gekennzeichnet, das ein Zusatzvolumen an Kältemittel vorgesehen ist, dass die über eine Betriebszeitdauer auftretenden Leckageverluste ausgleicht.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet dass die mittlere Dichte des Kältemittels im Kälte-Kreislauf (1 ) so eingeregelt wird, dass sie maximal 280 kg/m3, vorzugsweise maximal 260 kg/m3, insbesondere maximal 250 kg/m3, beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Akkumulator (7) niederdruckseitig im Kälte-Kreislauf (1) angeordnet ist, in welchem flüssiges Kältemittel gesammelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Volumen des Akkumulators (7) ergibt durch:
"Akku = [f^Leckage ~~ V KKL (Pmax ~ PKKL)J ' ((Pmax ~" Pτa_linie-PAkkuJ)> wobei Abweichungen von +/- 20% möglich sind, und wobei mLeckage das Kältemittel zur Vorhaltung für die Leckage, pAkku der Druck des Kältemittels im Akkumulator (7), pmax die maximal zulässige
Dichte im Kälte-Kreislauf (1) und Akkumulator (7), pKKL die mittlere Dichte des Kälte-Kreislaufs (1 ) ohne Akkumulator (7), pTaU|inie die Dichte des Kältemittels auf der Taulinie, VAkku das Volumen des Akkumulators (7) und VKKL das Volumen des Kälte-Kreislaufs (1 ) ohne Akkumulator (7) ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältemittel Kohlendioxid verwendet wird.
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