WO2020025135A1 - Refrigerant circuit - Google Patents

Refrigerant circuit Download PDF

Info

Publication number
WO2020025135A1
WO2020025135A1 PCT/EP2018/070919 EP2018070919W WO2020025135A1 WO 2020025135 A1 WO2020025135 A1 WO 2020025135A1 EP 2018070919 W EP2018070919 W EP 2018070919W WO 2020025135 A1 WO2020025135 A1 WO 2020025135A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
expansion
mass flow
refrigerant circuit
pressure
refrigerant
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/070919
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Oliver Javerschek
Julian KARBINER
Jörg Nickl
Original Assignee
Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh
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 Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh filed Critical Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh
Priority to PCT/EP2018/070919 priority Critical patent/WO2020025135A1/en
Priority to EP18750160.6A priority patent/EP3830499A1/en
Priority to PCT/EP2019/070823 priority patent/WO2020025770A2/en
Priority to EP19746487.8A priority patent/EP3830500A2/en
Publication of WO2020025135A1 publication Critical patent/WO2020025135A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B11/00Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines
    • F25B11/02Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0411Refrigeration circuit bypassing means for the expansion valve or capillary tube
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/05Compression system with heat exchange between particular parts of the system
    • F25B2400/053Compression system with heat exchange between particular parts of the system between the storage receiver and another part of the system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/07Details of compressors or related parts
    • F25B2400/075Details of compressors or related parts with parallel compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/13Economisers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/14Power generation using energy from the expansion of the refrigerant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/16Receivers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00Problems to be solved
    • F25B2500/13Vibrations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2509Economiser valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19Pressures
    • F25B2700/193Pressures of the compressor
    • F25B2700/1931Discharge pressures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19Pressures
    • F25B2700/193Pressures of the compressor
    • F25B2700/1933Suction pressures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2115Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21151Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the suction side of the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2115Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21152Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the discharge side of the compressor

Abstract

The invention relates to a refrigerant circuit (10) comprising: at least one refrigerant compressor (12) which compresses refrigerant fed at a suction connection to high pressure such that a compressor mass flow of the refrigerant compressed to high pressure exits at a pressure connection; at least one heat-emitting heat exchanger (22) on the high-pressure side, having an inlet to which the refrigerant circuit feeds the compressor mass flow and having an outlet from which a cooled total mass flow of refrigerant exits; at least one expansion unit (32); and at least one cooling stage (62) having at least one heat-absorbing heat exchanger to which the refrigerant circuit feeds a main mass flow comprising an expansion pressure mass flow expanded by the expansion unit. The invention also relates to an emergency operation unit (230) associated with the refrigerant circuit.

Description

KALTE MITTELKREISLAUF  REFRIGERANT CIRCULATION
Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreislauf, umfassend mindestens einen Kältemittelverdichter, welcher an einem Sauganschluss zugeführtes Kälte- mittel auf Hochdruck verdichtet, so dass an einem Druckanschluss ein auf Hochdruck verdichteter Verdichtermassenstrom des Kältemittels austritt, mindestens einen hochdruckseitigen wärmeabgebenden Wärmeübertrager mit einem Eingang, an welchem der Kältemittelkreislauf den Verdichtermassen- strom zuführt, und mit einem Ausgang, aus welchem ein gekühlter Gesamt- massenstrom von Kältemittel austritt, mindestens eine Expansionseinheit, umfassend eine einen Expander und eine Kompressorstufe aufweisende Expansionskompressionseinheit, welche einen vom Kältemittelkreislauf in Richtung des Sauganschlusses des Kältemittelverdichters geführten The invention relates to a refrigerant circuit, comprising at least one refrigerant compressor, which compresses refrigerant supplied to a suction connection to high pressure, so that a compressor mass flow of the refrigerant compressed to high pressure emerges at a pressure port, at least one high-pressure-side heat-emitting heat exchanger with an inlet at which the refrigerant circuit feeds the compressor mass flow, and with an outlet from which a cooled total mass flow of refrigerant emerges, at least one expansion unit, comprising an expansion compression unit having an expander and a compressor stage, which leads one from the refrigerant circuit in the direction of the suction connection of the refrigerant compressor
Expansionsmassenstrom des Gesamtmassenstroms von Hochdruck ausgehend auf einen Expansionsdruck expandiert, und mindestens eine Kühlstufe mit mindestens einem wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager, welchem der Kältemittelkreislauf einen von dem von der Expansionseinheit expandierten Expansionsdruckmassenstrom umfassten Hauptmassenstrom zuführt, und welchen der Kältemittelkreislauf nach Verlassen der Kühlstufe dem Saug- anschluss des Kältemittelverdichters zuführt. Expansion mass flow of the total mass flow expands from high pressure to an expansion pressure, and at least one cooling stage with at least one heat-absorbing heat exchanger, to which the refrigerant circuit supplies a main mass flow comprised by the expansion pressure mass flow expanded by the expansion unit, and which the refrigerant circuit, after leaving the cooling stage, supplies the refrigerant to the suction connection of the refrigerant supplies.
Derartige Kältemittelkreisläufe sind aus dem Stand der Technik bekannt. Such refrigerant circuits are known from the prior art.
Bei diesen besteht stets das Problem, diese möglichst optimal zu betreiben. These always have the problem of operating them as optimally as possible.
Diese Aufgabe wird bei einem Kältemittelkreislauf der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Kältemittelkreislauf eine Notbetriebseinheit zugeordnet ist, welche eine die Expansionskompressions- einheit umgehende Umgehungsleitung umfasst und welcher mindestens ein Expansionselement funktionell zugeordnet ist, und dass die Notbetriebseinheit im Fall einer Störung, insbesondere einer Expansionsstörung, der Expansions- kompressionseinheit von einem inaktiven Zustand in einen aktiven Zustand übergeht, in welchem diese durch Expansion des unter Hochdruck stehenden Kältemittels mittels des Expansionselements einen Notexpansionsmassen- strom zum Betreiben der Kühlstufe erzeugt, welchen die Umgehungsleitung dem Kältemittelkreislauf zur Weiterleitung zur Kühlstufe zuführt. This object is achieved according to the invention in a refrigerant circuit of the type described in the introduction in that the refrigerant circuit is assigned an emergency operating unit which comprises a bypass line which bypasses the expansion compression unit and which is functionally assigned to at least one expansion element, and in that the emergency operating unit In the event of a malfunction, in particular an expansion malfunction, the expansion compression unit changes from an inactive state to an active state in which it generates an emergency expansion mass flow for operating the cooling stage by expanding the high-pressure refrigerant by means of the expansion element, which the bypass line prevents Refrigerant circuit for forwarding to the cooling stage.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass durch die erfindungsgemäße Notbetriebseinheit das Problem gelöst ist, dass bei einer Expansionsstörung der Expansionseinheit, insbesondere der Expansions- kompressionseinheit, der Kältemittelkreislauf nicht mehr oder nur noch sehr eingeschränkt funktionsfähig ist, so dass dieser keine ausreichende Kühl- leistung an der Kühleinheit zur Verfügung stellen kann und somit die im Normalbetrieb durch den Kältemittelkreislauf bereitgestellte Kühlleistung entfällt, was beispielsweise bei Kältemittelkreisläufen für Kühlanlagen, beispielsweise bei temperatursensiblen Gütern, zu erheblichen Schäden führen würde. The advantage of the solution according to the invention can be seen in the fact that the problem is solved by the emergency operating unit according to the invention that in the event of an expansion disturbance of the expansion unit, in particular the expansion compression unit, the refrigerant circuit is no longer functional or can only function to a very limited extent, so that it is insufficient Can provide cooling capacity on the cooling unit and thus the cooling capacity provided by the refrigerant circuit during normal operation is eliminated, which would lead to considerable damage, for example in the case of refrigerant circuits for cooling systems, for example in the case of temperature-sensitive goods.
Durch die erfindungsgemäße Notbetriebseinheit kann ein derartiges Problem vermieden werden, da diese durch den erzeugten Notexpansionsmassenstrom in der Lage ist, zumindest eine minimale Kühlleistung weiterhin zur Verfügung zu stellen. Such a problem can be avoided by the emergency operating unit according to the invention, since the emergency expansion mass flow generated enables it to continue to provide at least a minimum cooling capacity.
Hinsichtlich der Führung der Umgehungsleitung sind die unterschiedlichsten Lösungen denkbar. A wide variety of solutions are conceivable with regard to the management of the bypass line.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Umgehungsleitung der An advantageous solution provides that the bypass line of the
Notbetriebseinheit den Notexpansionsmassenstrom einer dem Expansions- druckmassenstrom aufnehmenden Expansionsleitung des Kältemittelkreislaufs direkt oder indirekt zuführt. Hierunter ist zu verstehen, dass die Umgehungsleitung nicht zwingend direkt in die Expansionsleitung münden muss, sondern beispielsweise auch vor der Expansionsleitung in den Kältemittelkreislauf einmünden kann, sofern sichergestellt ist, dass dadurch indirekt der Notexpansionsmassenstrom der Expansionsleitung zugeführt wird. Emergency operating unit supplies the emergency expansion mass flow directly or indirectly to an expansion line of the refrigerant circuit that receives the expansion pressure mass flow. This is to be understood to mean that the bypass line does not necessarily have to flow directly into the expansion line, but can, for example, also open into the refrigerant circuit before the expansion line, provided that it is ensured that the emergency expansion mass flow is indirectly supplied to the expansion line.
Alternativ oder ergänzend hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Umgehungsleitung den Notexpansionsmassenstrom einer im Normalbetrieb des Kältemittelkreislaufs der den auf Expansionsdruck vorliegenden As an alternative or in addition to this, it is preferably provided that the bypass line provides the emergency expansion mass flow during normal operation of the refrigerant circuit that is present under expansion pressure
Expansionsdruckmassenstrom führenden Leitung des Kältemittelkreislaufs zuführt. Expansion pressure mass flow leading line of the refrigerant circuit.
Dadurch ist sichergestellt, dass der Kältemittelkreislauf mit dem This ensures that the refrigerant circuit with the
Notexpansionsmassenstrom zumindest mit einer Teilleistung weiterbetrieben werden kann, da die im Normalbetrieb den Expansionsdruckmassenstrom führende Leitung mit dem Notexpansionsmassenstrom versorgt wird. Emergency expansion mass flow can be operated at least with a partial output, since the line carrying the expansion pressure mass flow during normal operation is supplied with the emergency expansion mass flow.
Hinsichtlich der Funktion der Notbetriebseinheit wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. No details have so far been given regarding the function of the emergency operating unit.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Notbetriebseinheit eine An advantageous solution provides that the emergency operating unit has a
Expansionsstörung der Expansionskompressionseinheit erfasst. Expansion disorder of the expansion compression unit detected.
Eine derartige Expansionsstörung kann dabei beispielsweise durch das Expansionselement selbst erfasst werden. Such an expansion disturbance can be detected, for example, by the expansion element itself.
Beispielsweise ist hierzu vorgesehen, dass die Notbetriebseinheit einen Hoch- druck des Gesamtmassenstroms oder des Expansionsmassenstroms vor dessen Eintritt in den Expander erfasst. Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Notbetriebseinheit eine Druckdifferenz zwischen dem Hochdruck des Gesamtmassenstroms und/oder des Expansionsmassenstroms vor dessen Eintritt in den Expander und einem auf Expansionsdruck liegenden Leitungsabschnitt des Kältemittel- kreislaufs erfasst. For this purpose, it is provided, for example, that the emergency operating unit detects a high pressure of the total mass flow or of the expansion mass flow before it enters the expander. In addition, an advantageous solution provides that the emergency operating unit detects a pressure difference between the high pressure of the total mass flow and / or the expansion mass flow before it enters the expander and a line section of the refrigerant circuit which is at expansion pressure.
In diesem Fall erfasst somit die Notbetriebseinheit einen Differenzdruck, so dass es beispielsweise möglich ist, als Expansionselement ein bekanntes Druckentlastungsventil einzusetzen, das beispielsweise auf eine derartige Druckdifferenz selbsttätig reagiert und bei Überschreitung eines gewissen Niveaus der Druckdifferenz selbsttätig öffnet und somit den Notexpansions- massenstrom erzeugt. In this case, the emergency operating unit thus detects a differential pressure, so that it is possible, for example, to use a known pressure relief valve as an expansion element, which, for example, reacts automatically to such a pressure difference and opens automatically when a certain pressure difference is exceeded, thus generating the emergency expansion mass flow.
Eine andere Möglichkeit ist die, dass die Notbetriebseinheit einen Hochdruck des Gesamtmassenstroms oder des Expansionsmassenstroms vor dessen Eintritt in den Expander hinsichtlich seines Absolutwertes erfasst. Another possibility is that the emergency operating unit detects a high pressure of the total mass flow or of the expansion mass flow before it enters the expander with regard to its absolute value.
Hierzu ist beispielsweise ein Drucksensor vorgesehen. For this purpose, a pressure sensor is provided, for example.
Um dabei eine Expansionsstörung der Expansionseinheit feststellen zu können ist ferner zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Notbetriebseinheit den Hochdruck des Gesamtmassenstroms oder des Expansionsmassenstroms vor dessen Eintritt in den Expander mit einem Referenzhochdruck vergleicht. In order to be able to determine an expansion disturbance of the expansion unit, it is also expediently provided that the emergency operating unit compares the high pressure of the total mass flow or of the expansion mass flow with a reference high pressure before it enters the expander.
Ein Übergang der Notbetriebseinheit von dem inaktiven Zustand in den aktiven Zustand lässt sich insbesondere vorteilhaft dann realisieren, wenn die A transition of the emergency operating unit from the inactive state to the active state can be realized particularly advantageously when the
Notbetriebseinheit eine Steuerung aufweist, die die Notbetriebseinheit von dem inaktiven Zustand in den aktiven Zustand überführt. Eine derartige Steuerung führt beispielsweise einen Vergleich des erfassten Hochdrucks des Gesamtmassenstroms oder des Expansionsmassenstroms vor dessen Eintritt in den Expander mit einem beispielsweise abgespeicherten Referenzdruck durch. Emergency operating unit has a controller that transfers the emergency operating unit from the inactive state to the active state. Such a control, for example, compares the detected high pressure of the total mass flow or the expansion mass flow before it enters the expander with a stored reference pressure, for example.
Um sicherzustellen, dass im aktiven Zustand der Notbetriebseinheit ein definierter Betrieb des Kältemittelkreislaufes möglich ist, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Notbetriebseinheit mindestens ein Abschaltelement zur Abschaltung der Expansionskompressionseinheit umfasst. In order to ensure that a defined operation of the refrigerant circuit is possible in the active state of the emergency operating unit, it is preferably provided that the emergency operating unit comprises at least one shutdown element for turning off the expansion compression unit.
Dadurch ist sichergestellt, dass beispielsweise eine Leckage in der Expansions- kompressionseinheit die Funktion des Kältemittelkreislaufs nicht weiter stört und auch ein fehlerhafter Betrieb von Expander und Kompressorstufe keine Störung des Kältemittelkreislaufs bewirkt, die gegebenenfalls der Funktion der Notbetriebseinheit entgegenwirken oder auch diese stören könnte. This ensures that, for example, a leak in the expansion compression unit no longer interferes with the function of the refrigerant circuit and faulty operation of the expander and compressor stage does not cause a malfunction in the refrigerant circuit, which may counteract the function of the emergency operating unit or could also disrupt it.
Hinsichtlich der Anordnung des Abschaltelements sind dabei die With regard to the arrangement of the shutdown element, the
unterschiedlichsten Lösungen denkbar. different solutions possible.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Abschaltelement der Notbetriebs- einheit entweder vor einem Expandereingang oder nach einem Expander- ausgang angeordnet ist, so dass dadurch primär die Möglichkeit besteht, den Expander der Expansionskompressionseinheit abzuschalten. An advantageous solution provides that the shutdown element of the emergency operating unit is arranged either in front of an expander inlet or after an expander outlet, so that there is primarily the possibility of switching off the expander of the expansion compression unit.
Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass in der Umgehungs- leitung der Notbetriebseinheit ein Schaltelement angeordnet ist, welches eine direkte oder indirekte Verbindung zwischen einem Expansionsorgan zur Erzeugung des Unterkühlungsmassenstroms der Expansionseinheit und einem Expansionsdruckausgangsanschluss der Expansionseinheit herstellt. Diese Lösung hat den Vorteil, dass ein in der Expansionseinheit ohnehin vorhandenes Expansionsorgan zur Erzeugung eines Unterkühlungsmassen- stroms von der Notbetriebseinheit dazu eingesetzt werden kann, den In addition, an advantageous solution provides that a switching element is arranged in the bypass line of the emergency operating unit, which produces a direct or indirect connection between an expansion element for generating the supercooling mass flow of the expansion unit and an expansion pressure outlet connection of the expansion unit. This solution has the advantage that an expansion device, which is present in the expansion unit anyway, can be used by the emergency operating unit to generate a supercooling mass flow
Notexpansionsmassenstrom anstelle des Unterkühlungsmassenstroms zu erzeugen, so dass kein zusätzliches Expansionsorgan erforderlich ist. Generate emergency expansion mass flow instead of the supercooling mass flow so that no additional expansion element is required.
Beispielsweise ist hierzu vorgesehen, dass das Schaltelement durch die For example, it is provided that the switching element through the
Steuerung der Notbetriebseinheit steuerbar ist. Control of the emergency operating unit is controllable.
Insbesondere ist es günstig, wenn das Schaltelement ein Schaltventil ist. In particular, it is advantageous if the switching element is a switching valve.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Schaltelement ein Another advantageous solution provides that the switching element is a
3/2 Wegeventil ist, welches entweder die Umgehungsleitung oder einen Expanderausgang mit dem Expansionsdruckausgangsanschluss verbindet. 3/2 directional control valve that connects either the bypass line or an expander outlet to the expansion pressure outlet connection.
Vorzugsweise dient ein 3/2 Wegeventil auch noch zusätzlich dazu, bei einer Verbindung der Umgehungsleitung mit dem Expansionsdruckausgangs- anschluss den Expanderausgang zu verschließen oder bei einer Verbindung des Expanderausgangs mit dem Expansionsdruckausgangsanschluss die Umgehungsleitung zu verschließen. A 3/2-way valve is preferably also used to close the expander outlet when the bypass line is connected to the expansion pressure outlet connection or to close the bypass line when the expander outlet is connected to the expansion pressure outlet connection.
Alternativ oder ergänzend zu den bislang beschriebenen Ausführungsformen sieht eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe vor, dass in dem Kältemittelkreislauf eine Pulsationsdämpfereinheit angeordnet ist. As an alternative or in addition to the previously described embodiments, a further solution to the problem according to the invention provides that a pulsation damper unit is arranged in the refrigerant circuit.
Eine derartige Pulsationsdämpfereinheit hat den großen Vorteil, dass sie in der Lage ist Pulsationen, insbesondere durch die Expansionskompressionseinheit erzeugte Pulsationen, zu dämpfen, um durch derartige Pulsationen ausgelöste Schäden und/oder Geräusche in dem Kältemittelkreislauf zu unterbinden. Eine Variante einer derartigen Pulsationsdämpfereinheit sieht vor, dass diese ein eine Dämpferkammer umschließendes Dämpfergehäuse aufweist, in welcher sich mindestens eine Gasblase aus Kältemittel ausbildet und dass die Gasblase über eine zu einer Leitung des Kältemittelkreislaufs führende Such a pulsation damper unit has the great advantage that it is able to dampen pulsations, in particular pulsations generated by the expansion compression unit, in order to prevent damage and / or noise in the refrigerant circuit caused by such pulsations. A variant of such a pulsation damper unit provides that it has a damper housing enclosing a damper chamber, in which at least one gas bubble is formed from refrigerant and that the gas bubble leads to a line of the refrigerant circuit
Pulsationsübertragungsleitung Pulsationen aufnimmt und in der Lage ist, diese zu dämpfen. Pulsation transmission line picks up pulsations and is able to dampen them.
Im Fall des Betriebs des Kältemittelkreislaufs im transkritischen Bereich führt dies in der Regel dazu, dass das Kältemittel im transkritischen Bereich vorliegt und somit in diesem Zustand die Pulsationen überträgt. In the case of operation of the refrigerant circuit in the transcritical area, this generally leads to the refrigerant being present in the transcritical area and thus transmitting the pulsations in this state.
Gravierender sind jedoch Pulsationen dann, wenn das Kältemittel im However, pulsations are more serious if the refrigerant in the
subkritischen Bereich in dem Kältemittelkreislauf vorliegt, da sich dann die Pulsationen durch das im flüssigen Zustand vorliegende Kältemittel ausbreiten. subcritical area in the refrigerant circuit, since the pulsations then spread through the refrigerant present in the liquid state.
Aus diesem Grund ist insbesondere im Fall eines Betriebs des Kältemittel- kreislaufs im subkritischen Bereich vorgesehen, dass die Gasblase über einem Kältemittelbad steht und insbesondere auch in diesem Fall in der Pulsations- Übertragungsleitung flüssiges Kältemittel vorliegt, welches die Pulsationen in das Kältemittelbad aus flüssigem Kältemittel überträgt. For this reason, especially when the refrigerant circuit is operating in the subcritical range, it is provided that the gas bubble is above a refrigerant bath and, in this case in particular, there is liquid refrigerant in the pulsation transmission line, which transmits the pulsations into the refrigerant bath from liquid refrigerant ,
Um sicherzustellen, dass in jedem Fall in der Pulsationsdämpfereinheit eine Gasblase vorliegt, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Pulsations- dämpfereinheit zum Aufrechterhalten der Gasblase aus Kältemittel mit einer Beheizung versehen ist, so dass dadurch auch bei einem subkritischen Betrieb des Kältemittelkreislaufs sichergestellt werden kann, dass stets die Pulsationen dämpfende Gasblase in der Pulsationsdämpfereinheit in ausreichender Größe vorliegt. Beispielsweise erfolgt eine Beheizung der Pulsationsdämpfereinheit, In order to ensure that a gas bubble is present in the pulsation damper unit in all cases, it is preferably provided that the pulsation damper unit is provided with a heater for maintaining the gas bubble made of refrigerant, so that this can also ensure that the refrigerant circuit is operated subcritically there is always a sufficient size of the gas bubble that dampens pulsations in the pulsation damper unit. For example, the pulsation damper unit is heated,
insbesondere des Dämpfergehäuses derselben, durch Kopplung der Beheizung mit einem Wärmetransportkreislauf, welcher auf einen Druck im Bereich von Hochdruck verdichtetem Kältemittel im Kältemittelkreislauf Wärme entzieht. in particular the damper housing of the same, by coupling the heating to a heat transport circuit which extracts heat in the refrigerant circuit to a pressure in the region of high pressure compressed refrigerant.
Eine andere Variante einer erfindungsgemäßen Pulsationsdämpfereinheit sieht vor, dass die Pulsationsdämpfereinheit ein Dämpfergehäuse mit einem in diesem bewegbaren Kolben und zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten an den Kolben angrenzende sowie durch den Kolben voneinander getrennte Kammern aufweist und dass in mindestens einer der Kammern sich eine Gasblase aus Kältemittel ausbildet. Another variant of a pulsation damper unit according to the invention provides that the pulsation damper unit has a damper housing with a piston movable in it and two chambers adjacent to the piston on opposite sides and separated from one another by the piston, and that in at least one of the chambers there is a gas bubble made of refrigerant formed.
In diesem Fall dient der Kolben dazu, ebenfalls zumindest durch die sich in mindestens einer der Kammern ausbildende Gasblase eine dämpfende In this case, the piston serves to dampen at least one of the gas bubbles that form in at least one of the chambers
Wirkung auszuüben. To have an effect.
Besonders günstig ist es dabei, wenn der Kolben selbst in dem Dämpfer- gehäuse noch zusätzlich durch elastische Elemente, beispielsweise Federn beaufschlagt ist, die den Kolben in einer Ausgangsstellung halten, von welcher ausgehend dann der Kolben sich zur Dämpfung von Pulsationen entgegen der Kraftwirkung der elastischen Elemente bewegen kann. It is particularly advantageous if the piston itself in the damper housing is additionally acted upon by elastic elements, for example springs, which hold the piston in an initial position, from which the piston then acts to dampen pulsations against the force of the elastic force Elements can move.
Um eine optimale Pulsationsdämpfung in diesem Fall zu erreichen ist vorzugs- weise vorgesehen, dass jede der Kammern mittels einer Pulsationsüber- tragungsleitung mit unterschiedlichen Strömen von Kältemittel führenden Leitungen des Kältemittelkreislaufs verbunden ist. In order to achieve optimum pulsation damping in this case, it is preferably provided that each of the chambers is connected to different flows of refrigerant lines of the refrigerant circuit by means of a pulsation transmission line.
Somit dient eine derartige Pulsationsdämpfereinheit insbesondere dazu, Pulsationen dadurch zu dämpfen, dass eine Verbindung zwischen unter- schiedliche Ströme von Kältemittel führenden Leitungen, die beispielsweise auch auf unterschiedlichen Druckniveaus sein können, dazu einsetzt, Such a pulsation damper unit thus serves, in particular, to dampen pulsations by using a connection between different flows of refrigerant lines, which for example can also be at different pressure levels,
Pulsationen in einer der beiden Leitungen oder auch in beiden dieser Leitungen zu dämpfen, wobei diese Leitungen durch den Kolben entkoppelt bleiben, jedoch eine Pulsation in einer der Leitungen gedämpft der anderen der Pulsations in one of the two lines or in both of these lines to dampen, these lines remain decoupled by the piston, but a pulsation in one of the lines dampens the other of the
Leitungen übertragen werden kann und somit zusätzlich zu dem Kolben selbst durch die Kopplung der unterschiedlichen Ströme von Kältemittel führenden Leitungen eine Dämpfungswirkung eintritt. Lines can be transmitted and thus, in addition to the piston itself, a damping effect occurs due to the coupling of the different flows of lines carrying refrigerant.
Beispielsweise ist in einem derartigen Fall vorgesehen, dass eine Pulsations- Übertragungsleitung mit einem Eingang des wärmeabgebenden Wärme- Übertragers direkt oder indirekt verbunden ist und die andere Pulsationsüber- tragungsleitung mit einem Ausgang des wärmeabgebenden Wärmeübertragers direkt oder indirekt verbunden ist. For example, in such a case it is provided that one pulsation transmission line is connected directly or indirectly to an input of the heat-emitting heat exchanger and the other pulsation transmission line is connected directly or indirectly to an output of the heat-emitting heat exchanger.
Ferner lässt sich die Dämpfungswirkung einer derartigen Pulsations- dämpfereinheit noch zusätzlich verbessern, wenn mindestens eine Pulsations- Übertragungsleitung über eine Drossel mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt ist. Furthermore, the damping effect of such a pulsation damper unit can be further improved if at least one pulsation transmission line is coupled to the refrigerant circuit via a throttle.
Alternativ oder ergänzend zu den bislang beschriebenen Lösungen wird die eingangs genannte Aufgabe auch dadurch gelöst, dass zwischen der As an alternative or in addition to the solutions described so far, the task mentioned at the outset is also achieved in that between the
Expansionseinheit und der Kühlstufe ein Zwischendrucksammler angeordnet ist, in dessen Bad sich eine Flüssigphase des Kältemittels sammelt und in dessen über dem Bad stehendem Gasvolumen sich eine Gasphase des Expansion unit and the cooling stage an intermediate pressure collector is arranged in the bath, a liquid phase of the refrigerant collects and in the gas volume above the bath, a gas phase of the
Kältemittels sammelt. Refrigerant collects.
Bei dieser Lösung wird vorzugsweise die Flüssigphase der Kühlstufe zur Expansion in dem Expansionsorgan derselben zugeführt. In this solution, the liquid phase is preferably fed to the cooling stage for expansion in the expansion element thereof.
In diesem Fall hat der Zwischendrucksammler den Vorteil, dass noch eine zusätzliche Unterkühlung durch das auf Zwischendruck gehaltene Kältemittel in dem Zwischendrucksammler realisierbar ist. Im Fall eines Zwischendrucksammlers ist vorzugsweise vorgesehen, dass aus dem Gasvolumen des Zwischendrucksammlers ein Zusatzmassenstrom abgeführt wird. In this case, the intermediate pressure collector has the advantage that additional subcooling can be achieved in the intermediate pressure collector by the refrigerant kept at intermediate pressure. In the case of an intermediate pressure collector, it is preferably provided that an additional mass flow is removed from the gas volume of the intermediate pressure collector.
Ein derartiger Zusatzmassenstrom lässt sich insbesondere über ein Such an additional mass flow can in particular be via
Expansionsorgan der Saugdruckleitung zuführen. Feed the expansion device to the suction pressure line.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass der vom Expansionsorgan expandierte Zusatzmassenstrom einen zur Kühlstufe geführten Hauptmassen- strom in einem Wärmetauscher zusätzlich unterkühlt, so dass der Haupt- massenstrom noch weiter abgekühlt werden kann. In addition, there is the possibility that the additional mass flow expanded by the expansion element additionally sub-cools a main mass flow led to the cooling stage in a heat exchanger, so that the main mass flow can be cooled even further.
Ferner ist es vorzugsweise im Rahmen dieser Lösung ebenfalls möglich, dass der Kühlstufe eine Tiefkühlstufe in Form eines Booster zugeschaltet ist. Furthermore, it is preferably also possible in the context of this solution that the cooling stage is connected to a freezer stage in the form of a booster.
Das Vorsehen eines Zwischendrucksammlers und eines Expansionsorgans zur Steuerung des aus dem Zwischendrucksammler abgeführten Zusatzmassen- stroms schafft weiterhin die Möglichkeit, mittels einer das Expansionsorgan ansteuernden Zwischendrucksteuerung einen Zwischendruck im Zwischen- drucksammler auf einen bestimmten Druckwert zu regeln. The provision of an intermediate pressure collector and an expansion element for controlling the additional mass flow discharged from the intermediate pressure collector furthermore makes it possible to regulate an intermediate pressure in the intermediate pressure collector to a specific pressure value by means of an intermediate pressure control which controls the expansion element.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen erfolgt dabei üblicherweise eine Regelung auf einen festen Druckwert des Zwischendrucks, die insbesondere unabhängig von der Regelung oder Steuerung des Hoch- drucks im Gesamtmassenstrom ist, die über die der Expansionseinheit zugeordnete Steuerung erfolgt. In the solutions known from the prior art, regulation is usually carried out to a fixed pressure value of the intermediate pressure, which is in particular independent of the regulation or control of the high pressure in the total mass flow, which is carried out via the control assigned to the expansion unit.
Um jedoch den COP (coefficient of performance), das heißt das Verhältnis von Kühlleistung zu eingesetzter mechanischer Leistung, insbesondere im However, the COP (coefficient of performance), i.e. the ratio of cooling power to mechanical power used, in particular in
Sommerbetrieb zu verbessern oder einen Funktionsbereich der Expansions- kompressionseinheit, insbesondere im Weiterbetrieb zu erweitern, sind mehrere Alternativen denkbar. Eine Lösung sieht vor, dass die das Expansionsorgan ansteuernde Zwischen- drucksteuerung den Druck und/oder die Temperatur des Gesamtmassen- stroms in der Hochdruckableitung sowie die Größe des Eingangsdrucks der Kompressorstufe erfasst und den Zwischendruck so steuert, dass sich ein für diese erfassten Größen geeigneter vorgegebener Wert des Eingangsdrucks einstellt. To improve summer operation or to expand a functional area of the expansion compression unit, in particular in continued operation, several alternatives are conceivable. One solution provides that the intermediate pressure control which controls the expansion element detects the pressure and / or the temperature of the total mass flow in the high-pressure discharge line and the size of the inlet pressure of the compressor stage and controls the intermediate pressure in such a way that a predefined quantity suitable for these is determined Value of the inlet pressure.
Eine andere günstige Lösung sieht vor, dass der Druckwert, auf welchen der Zwischendruck im Zwischendrucksammler durch die Zwischendrucksteuerung geregelt wird, sich aus deinem Grundwert, beispielsweise einem Wert im Bereich von 30 bar bis 45 bar im Fall von CO2 als Kältemittel, und Zuschlags- werten mit Beträgen, beispielsweise im Bereich von 0,5 bar bis 7 bar im Fall von CO2 als Kältemittel, ermittelt wird. Another inexpensive solution provides that the pressure value at which the intermediate pressure in the intermediate pressure collector is regulated by the intermediate pressure control is based on your basic value, for example a value in the range from 30 bar to 45 bar in the case of CO2 as a refrigerant, and additional values with amounts, for example in the range from 0.5 bar to 7 bar in the case of CO2 as a refrigerant.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass durch die Anpassung des Zwischendrucks und beispielsweise auch somit aufgrund der Rückwirkung auf die Expansions- einheit, insbesondere auf einen Eingangsdruck der Kompressorstufe noch zusätzliche Effizienzsteigerungen möglich sind. This solution has the advantage that additional efficiency increases are possible by adapting the intermediate pressure and, for example, thus also due to the reaction on the expansion unit, in particular on an inlet pressure of the compressor stage.
Beispielsweise erfolgt dies dadurch, dass die Zuschlagswerte bei Sommer betrieb positive Werte und beim Winterbetrieb negative Werte aufweisen, wobei die Beträge der Zuschlagswerte in dem vorstehend genannten Bereich liegen. For example, this is done in that the surcharge values have positive values in summer operation and negative values in winter operation, the amounts of the surcharge values being in the range mentioned above.
Ferner ist es noch vorteilhaft, wenn die Größe der Zuschlagswerte von den bei Regelung des Hochdrucks sich einstellenden Werten des Hochdrucks abhängig sind. Furthermore, it is also advantageous if the size of the additional values is dependent on the values of the high pressure that arise when regulating the high pressure.
Das heißt, dass je nach den sich einstellenden Werten des durch die eingangs erwähnte Steuerung des Hochdrucks mittels der Expansionseinheit auch die Größe der Zuschlagswerte variiert. So ist beispielsweise vorgesehen, dass im Sommerbetrieb die Zuschlagswerte bei hohen Werten des Hochdrucks größer sind als bei niedrigen Werten des Hochdrucks. This means that the size of the surcharge values also varies depending on the resulting values of the control of the high pressure by means of the expansion unit mentioned at the beginning. For example, it is provided that in summer operation the additional values are higher for high values of the high pressure than for low values of the high pressure.
Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass im Winterbetrieb die It is also advantageously provided that the
Zuschlagswerte bei hohen Werten des Hochdrucks kleiner sind als bei niedrigen Werten des Hochdrucks. Surcharge values for high high pressure values are smaller than for low high pressure values.
Dabei liegen die Beträge der Zuschlagswerte jeweils in dem vorstehend genannten Bereich von 0,5 bar bis 7 bar. The amounts of the surcharge values are in the range from 0.5 bar to 7 bar.
Hinsichtlich der Expansionseinheit selbst wurden keine näheren Angaben gemacht, außer dass diese eine Expansionskompressionseinheit mit einem Expander und einer Kompressorstufe umfasst. With regard to the expansion unit itself, no further details have been given, except that it comprises an expansion compression unit with an expander and a compressor stage.
Alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Lösungen sieht eine weitere Lösung der eingangs genannten Aufgabe einen energetisch hoch- effizienten Kältemittelkreislauf vor, wobei die Expansionseinheit ein As an alternative or in addition to the solutions described above, a further solution to the above-mentioned object provides an energetically highly efficient refrigerant circuit, the expansion unit being one
Expansionssystem umfasst, welches einer Unterkühlungseinheit zum Unter- kühlen des der Expansionseinheit zugeführten Gesamtmassenstroms der Kältemittels aufweist, die Expansionskompressionseinheit umfassend den Expander und die Kompressorstufe, eine Verzweigung, welche von dem der Expansionseinheit zugeführten Gesamtmassenstrom einen Unterkühlungs- massenstrom abzweigt und mit einer Zuleitung verbunden ist, aufweist, die den Unterkühlungsmassenstrom zu einem Eingang der Unterkühlungseinheit führt, ein in der Zuleitung vorgesehenes Expansionsorgan aufweist, welches den Unterkühlungsmassenstrom auf einen Unterkühlungsdruck expandiert, und eine Verbindungsleitung aufweist, welche den aus der Unterkühlungs- einheit austretenden Unterkühlungsmassenstrom der Kompressorstufe zuführt, der seinerseits den Unterkühlungsmassenstrom auf einen Rück- führungshochdruck verdichtet, der mindestens einem Hochdruck Expansion system which has a subcooling unit for subcooling the total mass flow of refrigerant supplied to the expansion unit, the expansion compression unit comprising the expander and the compressor stage, a branch which branches off a subcooling mass flow from the total mass flow supplied to the expansion unit and is connected to a feed line, which leads the supercooling mass flow to an inlet of the subcooling unit, has an expansion element provided in the feed line, which expands the subcooling mass flow to a subcooling pressure, and has a connecting line which supplies the subcooling mass flow emerging from the subcooling unit to the compressor stage, which in turn supplies the subcooling mass flow compressed to a high pressure return, which is at least one high pressure
des Verdichtermassenstroms entspricht, dem der Unterkühlungsmassenstrom zugeführt wird. Zur Steuerung des Hochdrucks des Gesamtmassenstroms ist es besonders vorteilhaft, wenn eine elektrisch arbeitende Steuerung vorgesehen ist, welche mindestens eine der folgenden Größen wie: eine Umgebungstemperatur, eine Temperatur des der Expansionseinheit und/oder der Expanderstufe corresponds to the compressor mass flow to which the supercooling mass flow is supplied. To control the high pressure of the total mass flow, it is particularly advantageous if an electrically operating control is provided which has at least one of the following variables such as: an ambient temperature, a temperature of the expansion unit and / or the expander stage
zugeführten Massenstroms des Kältemittels und einen Eingangsdruck der Kompressorstufe, erfasst und entsprechend dieser Temperatur und/oder gegebenenfalls dieses Eingangsdrucks der Kompressorstufe einen Eingangs- druck der Expansionseinheit oder der Expanderstufe - und somit indirekt den Hochdruck des Gesamtmassenstroms - und/oder gegebenenfalls einen supplied mass flow of the refrigerant and an input pressure of the compressor stage, and an input pressure of the expansion unit or the expander stage - and thus indirectly the high pressure of the total mass flow - and / or possibly one according to this temperature and / or possibly this input pressure of the compressor stage
Eingangsdruck der Kompressorstufe durch Steuerung des Unterkühlungs- massenstroms mittels des von der Steuerung elektrisch angesteuerten Inlet pressure of the compressor stage by controlling the supercooling mass flow by means of the one that is electrically controlled by the controller
Expansionsorgans einstellt. Expander.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass diese energetisch hoch- effizient arbeitet, da in dem der Expanderstufe zugeführten Massenstrom keinerlei Drosselorgan vorgesehen ist, um den zur Expanderstufe strömenden Massenstrom einzustellen. The advantage of this solution can be seen in the fact that it works with high energy efficiency, since no throttle element is provided in the mass flow supplied to the expander stage in order to adjust the mass flow flowing to the expander stage.
Vielmehr erfolgt ein Einstellen des zur Expanderstufe strömenden und für den Eingangsdruck der Expansionseinheit oder der Expansionskompressionseinheit relevanten Massenstroms ausschließlich über die Steuerung des Unter- kühlungsmassenstroms mittels des von der Steuerung angesteuerten Rather, the mass flow flowing to the expander stage and relevant for the inlet pressure of the expansion unit or the expansion compression unit is set exclusively via the control of the subcooling mass flow by means of the one controlled by the control
Expansionsorgans, so dass bei der Expansion des Massenstroms in der Expansion device so that when expanding the mass flow in the
Expanderstufe eine maximale Energierückgewinnung erfolgt, die zum Expander stage a maximum energy recovery takes place, which leads to
Verdichten des Unterkühlungsmassenstroms in die Kompressorstufe eingesetzt werden kann, so dass dadurch gleichzeitig wiederum eine optimale Unter- kühlung des expandierten Massenstroms vor dessen Expansion erfolgt. Compression of the supercooling mass flow can be used in the compressor stage, so that, at the same time, optimal expansion of the expanded mass flow takes place before it expands.
Insbesondere umfasst hierzu das Expansionsorgan einen elektrisch In particular, the expansion element includes an electrical one
antreibbaren Stellmotor. Hinsichtlich der Messung der Temperatur des Massenstroms des Kältemittels sind die unterschiedlichsten Lösungen denkbar. drivable servomotor. A wide variety of solutions are conceivable with regard to the measurement of the temperature of the mass flow of the refrigerant.
Eine Lösung sieht vor, dass die Steuerung die Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur des Massenstroms des Kältemittels vor einem One solution provides for the controller to control the ambient temperature and / or the temperature of the mass flow of the refrigerant
Eingang der Unterkühlungseinheit und/oder vor dem Eintritt desselben in den Expander mittels eines Sensors misst. Measures input of the supercooling unit and / or before it enters the expander by means of a sensor.
Eine weitere, die Temperatur des Massenstroms des Kältemittels umfassend erfassende Lösung sieht vor, die Temperatur des Massenstroms des Kälte- mittels vor dessen Eintritt in die Unterkühlungseinheit und vor dessen Eintritt in den Expander jeweils mit einem Sensor zu messen. Another solution comprising the temperature of the mass flow of the refrigerant provides for the temperature of the mass flow of the refrigerant to be measured with a sensor before it enters the supercooling unit and before it enters the expander.
Eine weitere Lösung sieht vor, dass die Steuerung die Umgebungstemperatur mittels eines Sensors erfasst und diese allein oder gegebenenfalls in Another solution provides that the control system detects the ambient temperature by means of a sensor and either alone or, if necessary, in
Kombination mit der Temperatur des Massenstroms des Kältemittels vor dessen Eintritt in die Unterkühlungseinheit und/oder vor dessen Eintritt in den Expander für die Steuerung des Expansionsorgans berücksichtigt. Combined with the temperature of the mass flow of the refrigerant before it enters the supercooling unit and / or before it enters the expander for the control of the expansion device.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuerung eine elektronische, einen Prozessor umfassende Steuerung ist, die mittels eines Steuerprogramms das Expansionsorgan elektrisch ansteuert, da mit einem Prozessor die vielfältigen Korrelationen zwischen der gemessenen Temperatur und dem mit dem It is particularly advantageous if the control is an electronic control comprising a processor, which controls the expansion element electrically by means of a control program, since with a processor the various correlations between the measured temperature and that with the
Expansionsorgan zu steuernden Unterkühlungsmassenstrom in einfacher Weise realisiert werden können. Expansion device to be controlled supercooling mass flow can be realized in a simple manner.
Insbesondere besteht bei dieser Ausbildung der Steuerung die Möglichkeit das Expansionsorgan stets so zu steuern, dass der Unterkühlungsmassenstrom im überhitzten Zustand aus der Unterkühlungseinheit austritt und somit vermieden wird, dass teilweise flüssiges Kältemittel im Unterkühlungsmassen- strom aus der Unterkühlungseinheit austritt und der Expansionsstufe zugeführt wird. Zur Überwachung der Temperatur des aus der Unterkühlungseinheit austretenden Unterkühlungsmassenstroms ist insbesondere ein mit der Steuerung verbundener Sensor in einer Verbindungsleitung zwischen der Unterkühlungseinheit und der Kompressorstufe vorgesehen, um einen In particular, with this configuration of the control system, there is always the possibility of controlling the expansion element in such a way that the supercooling mass flow emerges from the subcooling unit in the overheated state and thus prevents liquid refrigerant in the subcooling mass flow from emerging from the subcooling unit and being supplied to the expansion stage. In order to monitor the temperature of the subcooling mass flow emerging from the subcooling unit, a sensor connected to the control is provided in a connecting line between the subcooling unit and the compressor stage, by a
Eingangsdruck der Kompressorstufe zu erfassen, beispielsweise wenn eine Regelung desselben erfolgen soll. To record the inlet pressure of the compressor stage, for example if the same should be regulated.
Bei der beschriebenen Lösung ist das Steuerprogramm insbesondere so ausgebildet, dass es entweder einen Algorithmus zur Festlegung der In the solution described, the control program is in particular designed such that it either has an algorithm for determining the
Ansteuerung des Expansionsorgans umfasst oder eine abgespeicherte Control of the expansion device includes or a stored
Korrelationstabelle, welche die Einstellung des Expansionsorgans mit der gemessenen Temperatur des zugeführten Massenstroms korreliert. Correlation table which correlates the setting of the expansion element with the measured temperature of the mass flow supplied.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass die Verzweigung zwischen der Unterkühlungseinheit und der Expansionskompressionseinheit angeordnet ist und nach der Unterkühlungseinheit von dem Gesamtmassenstrom den Unter- kühlungsmassenstrom abzweigt. A particularly favorable solution provides that the branching is arranged between the subcooling unit and the expansion compression unit and branches off the subcooling mass flow from the total mass flow after the subcooling unit.
Diese Lösung ist energetisch dadurch vorteilhaft, da damit der abgezweigte Unterkühlungsmassenstrom ebenfalls bereits in der Unterkühlungsmassen- einheit vorab gekühlt wurde. This solution is energetically advantageous in that the branched subcooling mass flow has also been previously cooled in the subcooling mass unit.
Diese Lösung ist insbesondere bei subkritischer Wärmeabfuhr vorteilhaft und gestattet eine stärkere Unterkühlung. This solution is particularly advantageous in the case of subcritical heat dissipation and permits greater subcooling.
Ferner hat diese Lösung den Vorteil, dass von der Expansionskompressions- einheit ausgehende Pulsationen durch die von der Abzweigung wegführende Zuleitung mit dem Expansionsorgan gedämpft werden. This solution also has the advantage that pulsations originating from the expansion compression unit are damped by the supply line leading away from the branch with the expansion element.
Hinsichtlich der Ausbildung der Unterkühlungseinheit wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So kann die Unterkühlungseinheit unterschiedlich ausgebildet sein. No details have so far been given regarding the design of the supercooling unit. The supercooling unit can be designed differently.
Eine Lösung sieht vor, dass die Unterkühlungseinheit als Wärmetauscher- einheit ausgebildet ist und den zur Expanderstufe strömenden Massenstrom des Kältemittels durch den im Gegenstrom durch diese geführten Unter- kühlungsmassenstrom kühlt. One solution provides that the subcooling unit is designed as a heat exchanger unit and cools the mass flow of refrigerant flowing to the expander stage by the subcooling mass flow conducted in counterflow.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Unterkühlungseinheit als Sammelbehälter ausgebildet ist, in welchem sich ein Bad aus flüssigem Kälte- mittel des Unterkühlungsmassenstroms ausbildet, welches ein den zur Another advantageous solution provides that the subcooling unit is designed as a collecting container, in which a bath of liquid refrigerant of the subcooling mass flow is formed, which is used for the
Expanderstufe strömenden Massenstrom des Kältemittels durch das Bad führendes Element kühlt, wobei sich über dem Bad ein Gasvolumen bildet, aus welchem der gasförmige Unterkühlungsmassenstrom abgeführt wird. Expander stage flowing mass flow of the refrigerant cools through the bath-guiding element, wherein a gas volume forms from the bath, from which the gaseous supercooling mass flow is removed.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass einerseits der durch das Element geführte Massenstrom optimal unterkühlt wird und andererseits durch die Abfuhr des Unterkühlungsmassenstroms aus dem Gasvolumen sichergestellt werden kann, dass der Kompressorstufe kein flüssiges Kältemittel zum Verdichten zugeführt wird. This solution has the advantage that, on the one hand, the mass flow guided through the element is optimally subcooled and, on the other hand, the removal of the subcooling mass flow from the gas volume ensures that no liquid refrigerant is supplied to the compressor stage for compression.
Hinsichtlich der Verbindung des Expanders und der Kompressorstufe wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. No details have so far been given regarding the connection of the expander and the compressor stage.
Prinzipiell könnten der Expander und die Kompressorstufe beispielsweise durch eine Generatormotoreinheit gekoppelt sein. In principle, the expander and the compressor stage could be coupled, for example, by a generator motor unit.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht jedoch vor, dass der Expander und die Kompressorstufe der Expansionskompressionseinheit mechanisch funktionell gekoppelt sind. A particularly advantageous solution, however, provides that the expander and the compressor stage of the expansion compression unit are mechanically functionally coupled.
Eine derartige mechanische funktionelle Kopplung bedeutet, dass die bei dem Expander generierte Energie über eine mechanische Verbindung direkt auf die Kompressorstufe übertragen wird. Diese Lösung hat andererseits aber auch den Vorteil, dass die erfindungs- gemäße Lösung, nämlich die Steuerung des durch den Expander expandierten Massenstroms in einfacher Weise über den Unterkühlungsmassenstrom, der durch die Kompressorstufe komprimiert wird, gesteuert werden kann. Such a mechanical functional coupling means that the energy generated in the expander is transmitted directly to the compressor stage via a mechanical connection. On the other hand, this solution also has the advantage that the solution according to the invention, namely the control of the mass flow expanded by the expander, can be controlled in a simple manner via the supercooling mass flow, which is compressed by the compressor stage.
Prinzipiell können der Expander und die Kompressorstufe durch geeignete Arten von rotierend angetriebenen Maschinen gebildet sein. In principle, the expander and the compressor stage can be formed by suitable types of rotatingly driven machines.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Expander und die Kompressorstufe durch eine Freikolbenmaschine gebildet sind, in welcher mindestens ein Freikolben in einer Kolbenkammer frei bewegbar ist. A particularly advantageous solution provides that the expander and the compressor stage are formed by a free-piston machine in which at least one free-piston can move freely in a piston chamber.
Vorzugsweise ist die Expansionskompressionseinheit dabei so ausgebildet, dass sie zwei Kolbenkammern aufweist, in denen jeweils ein Freikolben bewegbar ist. The expansion compression unit is preferably designed such that it has two piston chambers, in each of which a free piston can be moved.
Ferner sind vorzugsweise die Freikolben miteinander gekoppelt bewegbar. Furthermore, the free pistons can preferably be moved coupled to one another.
Bei der erfindungsgemäßen Freikolbenmaschine ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein erster Freikolben in der jeweiligen Kolbenkammer eine erste In the free piston machine according to the invention it is preferably provided that a first free piston in the respective piston chamber is a first one
Expansionskammer und eine erste Kompressionskammer voneinander trennt. Expansion chamber and a first compression chamber separate.
Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass ein zweiter Freikolben in der jeweiligen Kolbenkammer eine zweite Expansionskammer von einer zweiten Kompressionskammer trennt. Furthermore, it is advantageously provided that a second free piston in the respective piston chamber separates a second expansion chamber from a second compression chamber.
Um die beiden Freikolben in vorteilhafter Weise zu betreiben ist vorzugsweise vorgesehen, dass die beiden Freikolben in den Kolbenkammern koaxial zueinander angeordnet und bewegbar sind. In order to operate the two free pistons in an advantageous manner, it is preferably provided that the two free pistons are arranged coaxially with one another in the piston chambers and are movable.
Zweckmäßigerweise ist die erste Kolbenkammer von der zweiten Kolben- kammer durch einen Trennkörper getrennt. Ein vorteilhafter Betrieb der Expansionskompressionseinheit lässt sich dann realisieren, wenn die beiden Expansionskammern an den Trennkörper angrenzend in den Kolbenkammern angeordnet sind. The first piston chamber is expediently separated from the second piston chamber by a separating body. An advantageous operation of the expansion compression unit can be realized if the two expansion chambers are arranged adjacent to the separating body in the piston chambers.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die beiden Kompressionskammern auf den Expansionskammern gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen Frei- kolben angeordnet sind. It is further preferably provided that the two compression chambers are arranged on the sides of the respective free pistons opposite the expansion chambers.
Prinzipiell können die Freikolben unabhängig voneinander arbeiten. In principle, the free pistons can work independently of each other.
Eine vorteilhafte Lösung sieht jedoch vor, dass ein die Freikolben koppelndes Kopplungselement sich durch den Trennkörper hindurch erstreckt und relativ zu diesem, insbesondere abgedichtet, bewegbar ist. An advantageous solution provides, however, that a coupling element coupling the free pistons extends through the separating body and can be moved relative to it, in particular in a sealed manner.
Im einfachsten Fall ist dabei das Kopplungselement so ausgebildet, dass es sich jeweils durch die Expansionskammern bis zu dem jeweiligen Freikolben erstreckt. In the simplest case, the coupling element is designed such that it extends through the expansion chambers as far as the respective free piston.
Hinsichtlich des Zustroms des Kältemittels zu den Expansionskammern ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese durch ein Schiebersystem steuerbar sind. With regard to the inflow of the refrigerant to the expansion chambers, it is preferably provided that these can be controlled by a slide system.
Ein derartiges Schiebersystem ist beispielsweise als Wechselschieber ausgebildet, so dass in einer Schieberstellung das Kältemittel in eine Such a slide system is designed, for example, as an interchangeable slide, so that in a slide position the refrigerant flows into a
Expansionskammer strömt und aus der anderen Expansionskammer abströmt und in der anderen Schieberstellung das Kältemittel in die andere Expansions- kammer strömt und aus der anderen Expansionskammer abströmt. Expansion chamber flows and flows out of the other expansion chamber and in the other slide position the refrigerant flows into the other expansion chamber and flows out of the other expansion chamber.
Zur Steuerung des Schiebersystems ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Schiebersystem durch einen Schieberantrieb steuerbar ist, mit dem die beiden Schieberstellungen einstellbar sind. Ein derartiger Schieberantrieb kann durch eine elektrische Steuerung erfolgen, welche mindestens eine Position der Freikolben mittels mindestens einem diesen zugeordneten Positionssensor erfasst. To control the slide system, it is preferably provided that the slide system can be controlled by a slide drive with which the two slide positions can be set. Such a slide drive can be implemented by an electrical control which detects at least one position of the free pistons by means of at least one position sensor assigned to them.
Alternativ dazu sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Schieberantrieb durch eine Druckdifferenz zwischen einem Expandereingang und einem As an alternative to this, an advantageous solution provides that the slide drive is caused by a pressure difference between an expander inlet and a
Expanderausgang steuerbar ist. Expander output is controllable.
Vorzugsweise ist dabei der Schieberantrieb als doppelwirkender Betätigungs- zylinder ausgebildet, dessen Kolben einerseits mit dem Druck am Expander- eingang und andererseits mit dem Druck am Expanderausgang beaufschlagt ist. The slide drive is preferably designed as a double-acting actuating cylinder, the piston of which is acted upon on the one hand by the pressure at the expander inlet and on the other hand by the pressure at the expander outlet.
Zur Ansteuerung einer derartigen Antriebseinheit ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass der Schieberantrieb durch einen Steuerschieber ansteuerbar ist, welcher die Beaufschlagung des Kolbens mit dem Druck am Expander- eingang einerseits und am Expanderausgang andererseits steuert. To control such a drive unit, it is expediently provided that the slide drive can be controlled by a control slide, which controls the application of pressure to the piston at the expander inlet on the one hand and at the expander outlet on the other hand.
Der Steuerschieber ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er die Positionen der Freikolben erfasst und sich entsprechend diesen bewegt. The control slide is preferably designed such that it detects the positions of the free pistons and moves accordingly.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Steuerschieber durch die Freikolben bewegbar ist. In particular, it is provided that the control slide can be moved by the free pistons.
Um die erfindungsgemäße Expansionseinheit vorzugsweise als eine einzige, fertig montierte Einheit liefern und in einen Kältemittelkreislauf einbauen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Expansionseinheit eine In order to be able to deliver the expansion unit according to the invention preferably as a single, fully assembled unit and to install it in a refrigerant circuit, it is preferably provided that the expansion unit has one
Vorrichtungsbasis aufweist, an welcher die Unterkühlungseinheit und die Expansionskompressionseinheit angeordnet ist. Has device base on which the supercooling unit and the expansion compression unit is arranged.
Ferner ist es günstig, wenn an der Vorrichtungsbasis auch die Steuereinheit angeordnet ist. Darüber hinaus ist es für den Einbau von Vorteil, wenn an der Vorrichtungs- basis ein Hochdruckeingangsanschluss und ein Expansionsdruckausgangs- anschluss angeordnet ist. Furthermore, it is favorable if the control unit is also arranged on the device base. In addition, it is advantageous for the installation if a high-pressure inlet connection and an expansion pressure outlet connection are arranged on the device base.
Ferner ist bei einer vorteilhaften Lösung vorgesehen, dass an der Furthermore, it is provided in an advantageous solution that at the
Vorrichtungsbasis ein Hochdruckausgangsanschluss angeordnet ist, über welchen beim Einbau der Expansionseinheit der verdichtete Unterkühlungs- massenstrom abströmt. A high-pressure outlet connection is arranged over the device base, via which the compressed supercooling mass flow flows out when the expansion unit is installed.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass an der Vorrichtungsbasis Wärmetauscheranschlusseinheiten vorgesehen sind, mit denen mehrere hoch- druckseitige Wärmetauscher angeschlossen werden können. A further advantageous solution provides that heat exchanger connection units are provided on the base of the device, by means of which several heat exchangers on the high-pressure side can be connected.
Insbesondere ist dabei jede der Wärmetauscheranschlusseinheiten so ausgebildet, dass sie jeweils ein Dreiwegeventil und jeweils eine Überbrückung für den jeweiligen Wärmetauscher aufweist, so dass durch das Dreiwegeventil die Möglichkeit besteht, die Durchströmung des jeweiligen Wärmetauschers zu steuern. In particular, each of the heat exchanger connection units is designed such that it each has a three-way valve and a bypass for the respective heat exchanger, so that the three-way valve enables the flow through the respective heat exchanger to be controlled.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass mindestens eine der Wärme- tauscheranschlusseinheiten mit einem hochdruckseitigen, Wärme an die Umgebungsluft abgebenden Wärmetauscher verbunden ist. In particular, it is provided that at least one of the heat exchanger connection units is connected to a heat exchanger on the high-pressure side that emits heat to the ambient air.
Prinzipiell ist es im Rahmen der bislang beschriebenen Lösung denkbar, die Kühlstufe ohne eigenes Expansionsorgan zu betreiben und in der Kühlstufe mit dem von der Expansionseinheit expandierten Massenstrom zu arbeiten. In principle, it is conceivable within the framework of the solution described so far to operate the cooling stage without its own expansion element and to work in the cooling stage with the mass flow expanded by the expansion unit.
In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn auf die Kühlstufe folgend ein In this case, it is useful if following the cooling level
Phasenseparator angeordnet ist, dessen Gasphase von einer Saugdruckleitung dem Kältemittelverdichter zugeführt wird. Ein derartiger Phasenseparator hat den Vorteil, dass dadurch verhindert wird, dass dem Kältemittelverdichter flüssiges Kältemittel zur Verdichtung zugeführt wird. Phase separator is arranged, the gas phase of which is fed from a suction pressure line to the refrigerant compressor. Such a phase separator has the advantage that it prevents liquid refrigerant from being supplied to the refrigerant compressor for compression.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Kühlstufe mindestens ein Expansionsorgan aufweist, so dass mit diesem die Möglichkeit besteht, den in der Kühlstufe gewünschten Druck festzulegen. Another advantageous solution provides that the cooling stage has at least one expansion element, so that it is possible to use it to determine the pressure desired in the cooling stage.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nach- folgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawing of some
Ausführungsbeispiele. Embodiments.
In der Zeichnung zeigen : The drawing shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Expansionseinheit mit einer ersten Ausführungsform einer Notbetriebseinheit; Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a refrigerant circuit according to the invention with a first embodiment of an expansion unit according to the invention with a first embodiment of an emergency operating unit.
Fig. 2 eine vergrößerte schematische Darstellung des ersten Ausführungs- beispiels einer erfindungsgemäßen Expansionseinheit mit der ersten Ausführungsform einer Notbetriebseinheit; 2 shows an enlarged schematic illustration of the first exemplary embodiment of an expansion unit according to the invention with the first embodiment of an emergency operating unit;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Expansionskompressionseinheit; 3 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of an expansion compression unit according to the invention;
Fig. 4 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 3 eines zweiten Fig. 4 is a schematic representation similar to Fig. 3 of a second
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Expansions- kompressionseinheit;  Embodiment of an expansion compression unit according to the invention;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs mit einer zweiten Ausführungsform einer Notbetriebseinheit; Fig. 6 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Expansionseinheit mit einer dritten Ausführungsform einer Notbetriebseinheit; 5 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of the refrigerant circuit according to the invention with a second embodiment of an emergency operating unit; 6 shows a schematic illustration of the first exemplary embodiment of the expansion unit with a third embodiment of an emergency operating unit;
Fig. 7 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Fig. 7 is a schematic representation of the first embodiment of the
Expansionseinheit mit einer vierten Ausführungsform einer Notbetriebseinheit;  Expansion unit with a fourth embodiment of an emergency operating unit;
Fig. 8 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Fig. 8 is a schematic representation of the first embodiment of the
Expansionseinheit mit einer fünften Ausführungsform einer Notbetriebseinheit;  Expansion unit with a fifth embodiment of an emergency operating unit;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Expansionseinheit mit einer sechsten Ausführungsform einer Notbetriebseinheit; 9 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of an expansion unit according to the invention with a sixth embodiment of an emergency operating unit;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Expansionseinheit mit der sechsten Ausführungsform der Notbetriebseinheit; 10 shows a schematic illustration of a third exemplary embodiment of an expansion unit according to the invention with the sixth embodiment of the emergency operating unit;
Fig. 11 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Fig. 11 is a schematic representation of the first embodiment of the
Expansionseinheit mit einer siebten Ausführungsform einer Notbetriebseinheit in einer ersten Stellung eines 3/2 Wegeventils;  Expansion unit with a seventh embodiment of an emergency operating unit in a first position of a 3/2 way valve;
Fig. 12 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der einer Expansionseinheit mit der siebten Ausführungsform einer Notbetriebseinheit in einer zweiten Stellung des 3/2 Wegeventils; 12 shows a schematic illustration of the first exemplary embodiment of an expansion unit with the seventh embodiment of an emergency operating unit in a second position of the 3/2-way valve;
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Expansionseinheit; Fig. 14 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs; 13 shows a schematic illustration of a fourth exemplary embodiment of an expansion unit; 14 shows a schematic illustration of a third exemplary embodiment of a refrigerant circuit according to the invention;
Fig. 15 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs und 15 shows a schematic illustration of a fourth exemplary embodiment of a refrigerant circuit according to the invention and
Fig. 16 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs. 16 shows a schematic illustration of a fifth exemplary embodiment of a refrigerant circuit according to the invention.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kälteanlage, dargestellt in Fig. 1, umfasst einen als Ganzes mit 10 bezeichneten Kälte- mittelkreislauf, in welchem eine als Ganzes mit 12 bezeichnete Kältemittel- verdichtereinheit angeordnet ist, die beispielsweise mindestens einen A first exemplary embodiment of a refrigeration system according to the invention, shown in FIG. 1, comprises a refrigerant circuit, designated as a whole by 10, in which a refrigerant compressor unit, designated as a whole by 12, is arranged, for example at least one
Kältemittelverdichter umfasst. Refrigerant compressor includes.
Die Kältemittelverdichtereinheit 12 weist einen Sauganschluss 14 und einen Druckanschluss 16 auf, wobei am Druckanschluss 16 üblicherweise auf Hoch- druck PHI komprimiertes Kältemittel vorliegt. The refrigerant compressor unit 12 has a suction port 14 and a pressure port 16, with refrigerant compressed to high pressure PHI usually being present at the pressure port 16.
Unter dem Begriff "auf Hochdruck komprimiertes Kältemittel" ist dabei zu verstehen, dass das Kältemittel den höchsten, im Kältemittelkreislauf vorliegenden Druck aufweist. The term “refrigerant compressed to high pressure” is understood to mean that the refrigerant has the highest pressure present in the refrigerant circuit.
Von dem Druckanschluss 16 führt eine Hochdruckleitung 18 einen von der Kältemittelverdichtereinheit 12 auf Hochdruck PHI verdichteten Verdichter- massenstrom V zu einem Eingang 24 eines als Ganzes mit 22 bezeichneten hochdruckseitigen wärmeabgebenden Wärmeübertragers, welcher A high-pressure line 18 leads from the pressure connection 16 a compressor mass flow V compressed by the refrigerant compressor unit 12 to high pressure PHI to an inlet 24 of a heat-emitting heat exchanger on the high-pressure side, designated as a whole by 22, which
insbesondere an die Umgebungsluft Wärme abgibt und somit das Kältemittel abkühlt, so dass an einem Ausgang 26 des hochdruckseitigen Wärme- Übertragers 22 ein Gesamtmassenstrom G von durch den hochdruckseitigen Wärmeübertrager 22 gekühltem Kältemittel vorliegt, der von einer Kältemittel bei einem Hochdruck PH2, der aufgrund des Wärmeübertragers 22 geringfügig niedriger als der Hochdruck PHI ist, führenden Hochdruckableitung 28 einer als Ganzes mit 32 bezeichneten hochdruckregelnden Expansionseinheit 32 zugeführt wird, die einen mit der Hochdruckableitung 28 verbundenen Hoch- druckeingangsanschluss 34, einen Expansionsdruckausgangsanschluss 36 und einen Hochdruckausgangsanschluss 38 aufweist. emits heat in particular to the ambient air and thus cools the refrigerant, so that at an outlet 26 of the high-pressure side heat exchanger 22 there is a total mass flow G of refrigerant cooled by the high-pressure side heat exchanger 22, that of a refrigerant at a high pressure PH2, which is slightly lower than the high pressure PHI due to the heat exchanger 22, leading high-pressure line 28 is fed to a high-pressure regulating expansion unit 32, designated as a whole by 32, which has a high-pressure inlet connection 34 connected to the high-pressure line 28, an expansion pressure outlet connection 36 and one High pressure outlet connection 38 has.
Dabei ist der auf einem Expansionsdruck PE liegende Expansionsdruck- ausgangsanschluss 36 mit einer Expansionsleitung 42 verbunden, die bei dem in Fig. 1 dargestellten einfachsten Ausführungsbeispiel zu einer Kühlstufe 62 führt, die im einfachsten Fall einen zur Kühlung wärmeaufnehmenden Wärme- Übertrager 64 aufweist. The expansion pressure outlet connection 36, which is at an expansion pressure PE, is connected to an expansion line 42, which in the simplest exemplary embodiment shown in FIG. 1 leads to a cooling stage 62, which in the simplest case has a heat exchanger 64 that absorbs heat for cooling.
Bei diesem vereinfachten Ausführungsbeispiel liegt der wärmeaufnehmende Wärmeübertrager 64 auf dem Expansionsdruck PE, so dass diesem Wärme- Übertrager 64 kein separates Expansionsventil vorgeschaltet ist. In this simplified exemplary embodiment, the heat-absorbing heat exchanger 64 is at the expansion pressure PE, so that no separate expansion valve is connected upstream of this heat exchanger 64.
Zum Schutz der Kältemittelverdichtereinheit 12 ist dem wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 64 ein Phasenseparator 72 nachgeschaltet, welcher in einer Saugdruckleitung 74 angeordnet ist, der von der Kühlstufe 62 zum Saug- anschluss 14 der Kältemittelverdichtereinheit 12 führt und verhindert, dass flüssiges Kältemittel von der Kältemittelverdichtereinheit 12 am Sauganschluss 14 angesaugt wird. In order to protect the refrigerant compressor unit 12, the heat-absorbing heat exchanger 64 is followed by a phase separator 72, which is arranged in a suction pressure line 74 and leads from the cooling stage 62 to the suction connection 14 of the refrigerant compressor unit 12 and prevents liquid refrigerant from the refrigerant compressor unit 12 at the suction connection 14 is sucked in.
Von dem Expansionsdruckausgangsanschluss 36 strömt somit ein auf One therefore flows from the expansion pressure outlet connection 36
Expansionsdruck PE befindlicher Expansionsdruckmassenstrom EPM durch die Expansionsleitung 42 zu der Kühlstufe 62 und von der Kühlstufe 62 wiederum über die Saugdruckleitung 74 zu der Kältemittelverdichtereinheit 12. Dabei entspricht der Expansionsdruckmassenstrom EPM nicht dem Gesamt- massenstrom sondern es erfolgt in der Expansionseinheit 32 eine Aufteilung des Gesamtmassenstroms G in einem Expansionsmassenstrom EM und einen Unterkühlungsmassenstrom UM, der von der Expansionseinheit 32 am Hoch- druckausgangsanschluss 38 bei einem Rückführungsdruck PR als Unter- kühlungsrückführungsmassenstrom URM einer Rückführungsleitung 78 abgegeben wird und von dieser dem Verdichtermassenstrom V vor dessen Eintritt in den wärmeabgebenden hochdruckseitigen Wärmeübertrager 22 zugeführt wird. Expansion pressure PE is the expansion pressure mass flow EPM through the expansion line 42 to the cooling stage 62 and from the cooling stage 62 in turn via the suction pressure line 74 to the refrigerant compressor unit 12. In this case, the expansion pressure mass flow EPM does not correspond to the total mass flow, but the expansion unit 32 divides the total mass flow G into an expansion mass flow EM and a subcooling mass flow UM, which is generated by the expansion unit 32 at the high pressure outlet connection 38 at a return pressure PR as a subcooling return mass flow URM is returned to a return line 78 and is fed from the latter to the compressor mass flow V before it enters the heat-emitting high-pressure side heat exchanger 22.
Die erfindungsgemäßen Kältemittelkreisläufe 10, die nachfolgend beschrieben werden, sind alle vorzugsweise für Kohlendioxid, das heißt CO2, oder The refrigerant circuits 10 according to the invention, which are described below, are all preferably for carbon dioxide, that is to say CO2, or
Ammoniak konzipiert, so dass bei gängigen Umgebungsbedingungen üblicher- weise ein transkritischer Kreisprozess vorliegt, bei welchem lediglich vor Durchführung der Expansion des Kältemittels durch die Expansionseinheit 32 beispielsweise mittels des Wärmeübertragers 22 eine Abkühlung des Kälte- mittels auf eine Temperatur erfolgt, die oberhalb der Tau- und Siedelinie oder Sättigungskurve verlaufenden Isothermen entspricht, so dass keine Ammonia designed so that a transcritical cycle is usually present under common ambient conditions, in which cooling of the refrigerant to a temperature that is above the thaw takes place only before the expansion of the refrigerant by the expansion unit 32, for example by means of the heat exchanger 22. and boiling line or saturation curve isotherms, so that none
Verflüssigung des Kältemittels vorliegt. Liquefaction of the refrigerant is present.
Lediglich im Fall sehr niedriger Temperaturen zur Kühlung des hochdruck- seitigen wärmeabgebenden Wärmeübertragers besteht die Möglichkeit, einen subkritischen Kreisprozess durchzuführen, so dass in diesem Fall eine Only in the case of very low temperatures for cooling the heat-emitting heat exchanger on the high-pressure side is it possible to carry out a subcritical cycle, so that in this case a
Kondensation des Kältemittels auf einer Temperatur erfolgt, die einer die Tau- und Siedelinie oder Sättigungskurve des Kältemittels durchlaufenden Condensation of the refrigerant takes place at a temperature that passes through the refrigerant's thawing and boiling line or saturation curve
Isothermen entspricht. Das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Corresponds to isotherms. The first embodiment of the designed according to the invention
Expansionseinheit 32 umfasst, wie in Fig. 2 vergrößert dargestellt, ein Expansion unit 32 comprises, as shown enlarged in FIG. 2, a
Expansionssystem 30, das eine als Ganzes mit 82 bezeichnete Vorrichtungs- basis aufweist, an welcher der Hochdruckeingangsanschluss 34 der Expansion system 30, which has a device base designated as a whole by 82, on which the high-pressure inlet connection 34 of the
Expansionsdruckausgangsanschluss 36 und der Hochdruckausgangsanschluss 38 angeordnet sind. Expansion pressure outlet port 36 and the high pressure outlet port 38 are arranged.
Ferner ist bei dem Expansionssystem 30 mit der Vorrichtungsbasis 82 eine Expansionskompressionseinheit 84 verbunden, welche eine Expanderstufe 86 und eine Kompressorstufe 88 umfasst, die in der Expansionskompressions- einheit 84 integriert und starr miteinander gekoppelt sind. Furthermore, in the expansion system 30, an expansion compression unit 84 is connected to the device base 82, which comprises an expander stage 86 and a compressor stage 88, which are integrated in the expansion compression unit 84 and are rigidly coupled to one another.
Die Expansionskompressionseinheit 84 umfasst einen Expandereingang 92 und einen Expanderausgang 94, der mit dem Expansionsdruckausgangsanschluss 36 verbunden ist, sowie einen Kompressoreingang 96 und einen Kompressor- ausgang 98, der seinerseits wiederum mit dem Hochdruckausgangsanschluss 38 verbunden ist. The expansion compression unit 84 comprises an expander inlet 92 and an expander outlet 94, which is connected to the expansion pressure outlet connection 36, as well as a compressor inlet 96 and a compressor outlet 98, which in turn is connected to the high pressure outlet connection 38.
Ferner ist bei dem Expansionssystem 30 an der Vorrichtungsbasis 82 eine Unterkühlungseinheit 102 angeordnet, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel als Gegenstromwärmeübertrager ausgebildet ist und einen Eingang 104 und einen Ausgang 106 für den zu kühlenden Massenstrom, insbesondere in diesem Fall den Gesamtmassenstrom G, aufweist sowie einen Eingang 112 und einen Ausgang 114 für den als Gegenstrom durch den Wärmeübertrager geführten Unterkühlungsmassenstrom UM aufweist. Furthermore, in the expansion system 30, a subcooling unit 102 is arranged on the device base 82, which in the first exemplary embodiment is designed as a countercurrent heat exchanger and has an input 104 and an output 106 for the mass flow to be cooled, in particular in this case the total mass flow G, and an input 112 and an output 114 for the subcooling mass flow UM which is conducted through the heat exchanger as a countercurrent.
Der Unterkühlungsmassenstrom UM wird bei dem Expansionssystem 30 an einem Abzweig 116 von dem am Ausgang 106 der Unterkühlungseinheit 102 austretenden und unterkühlten Gesamtmassenstrom G abgezweigt, so dass ein Expansionsmassenstrom EM vom Abzweig 116 durch eine Zuleitung zu dem Expandereingang 92 geführt wird und der Unterkühlungsmassenstrom UM durch ein Absperrorgan 124 und ein mit einem Stellantrieb 123 angetriebenes Expansionsorgan 122 in der Zuleitung 126 geführt wird, in welchem der Unterkühlungsmassenstrom UM auf einen Druck PU expandiert wird, und danach dem Eingang 112 der Unterkühlungseinheit 102 zugeführt wird, wobei der Unterkühlungsmassenstrom UM in der Unterkühlungseinheit 102 im Gegenstrom den von dem Eingang 104 zum Ausgang 106 strömenden Gesamtmassenstrom G unterkühlt und vom Ausgang 114 mittels einer In the expansion system 30, the subcooling mass flow UM is branched off at a branch 116 from the total mass flow G emerging and supercooled at the output 106 of the subcooling unit 102, so that an expansion mass flow EM is led from the branch 116 through a feed line to the expander inlet 92 and the subcooling mass flow UM through Shut-off device 124 and one with an actuator 123 driven expansion element 122 is guided in the feed line 126, in which the supercooling mass flow UM is expanded to a pressure PU, and is then fed to the input 112 of the subcooling unit 102, the subcooling mass flow UM in the subcooling unit 102 in counterflow from the input 104 to the output 106 flowing total mass flow G subcooled and from the outlet 114 by means of a
Verbindungsleitung 128 dem Kompressoreingang 96 zugeführt wird. Connection line 128 is supplied to the compressor input 96.
Die in der Expanderstufe 86 durch Expansion des Expansionsmassenstroms EM frei werdende mechanische Energie wird in der Expansionskompressionseinheit 84 durch eine mechanische funktionale Kopplung unmittelbar der Kompressor- stufe 88 zugeführt und führt in dieser zu einem Verdichten des Unter- kühlungsmassenstroms UM von einem Eingangsdruck EP der Kompressorstufe 88 auf einen Rückführungshochdruck PR, welcher dem Druckniveau PHI in der Hochdruckleitung 18 entspricht oder höher als dieser ist, so dass der Unter- kühlungsrückführungsmassenstrom URM vom Hochdruckausgangsanschluss 38 über eine Hochdruckrückleitung 78 dem Verdichtermassenstrom V zugeführt werden kann. The mechanical energy released in the expander stage 86 by expansion of the expansion mass flow EM is fed directly to the compressor stage 88 in the expansion compression unit 84 by a mechanical functional coupling, and in this leads to a compression of the supercooling mass flow UM from an inlet pressure EP of the compressor stage 88 to a return high pressure PR, which corresponds to or is higher than the pressure level PHI in the high pressure line 18, so that the subcooling return mass flow URM can be supplied from the high pressure outlet connection 38 to the compressor mass flow V via a high pressure return line 78.
Ferner ist in dem Expansionssystem 30 noch eine Steuerung 132 vorgesehen, die einerseits beispielsweise mit einem Sensor 134, der insbesondere ein Temperatursensor ist, die Temperatur des Massenstroms des Kältemittels vor dessen Expansion in der Expansionsstufe 86 erfasst und beispielsweise entsprechend dieser Temperatur mittels des Stellantriebs 123 das Expansions- organ 122 steuert. Furthermore, a controller 132 is also provided in the expansion system 30, which, on the one hand, detects the temperature of the mass flow of the refrigerant before its expansion in the expansion stage 86, for example with a sensor 134, which is in particular a temperature sensor and, for example, corresponding to this temperature by means of the actuator 123 Expansion organ 122 controls.
Hierzu ist der Sensor 134 beispielsweise zwischen dem Abzweig 116 und der Expanderstufe 86 als Sensor 134i angeordnet. For this purpose, sensor 134 is arranged, for example, between branch 116 and expander 86 as sensor 134i.
Ferner ist der Steuerung ein Sensor 135 zugeordnet, mit welchem diese in der Lage ist, den Eingangsdruck EP zu erfassen. Alternativ oder ergänzend hierzu ist aber auch der Sensor 134 als Sensor 1342 zwischen dem Hochdruckeingangsanschluss 34 und der Unterkühlungseinheit 102 einsetzbar. Furthermore, the controller is assigned a sensor 135 with which it is able to detect the inlet pressure EP. Alternatively or in addition to this, however, the sensor 134 can also be used as a sensor 1342 between the high-pressure input connection 34 and the supercooling unit 102.
Alternativ oder ergänzend ist insbesondere vorgesehen, dass der Sensor 134 als Sensor 1343 die Umgebungstemperatur misst, die insbesondere durch die den Wärmeübertrager 22 durchströmende Umgebungsluft maßgeblich die Temperatur des Gesamtmassenstroms G des Kältemittels am Ausgang 26 des Wärmeübertragers 22 beeinflusst. As an alternative or in addition, it is provided in particular that the sensor 134, as the sensor 134 3, measures the ambient temperature, which in particular decisively influences the temperature of the total mass flow G of the refrigerant at the outlet 26 of the heat exchanger 22 through the ambient air flowing through the heat exchanger 22.
Die Steuerung 132 kann beispielsweise autark arbeiten, so dass die Steuerung Teil des als eigenständige Einheit in den Kältemittelkreislauf eingebauten Expansionssystems 30 ist. The controller 132 can operate autonomously, for example, so that the controller is part of the expansion system 30 which is installed as an independent unit in the refrigerant circuit.
Es ist aber auch vorgesehen, dass die Steuerung 132 mit einem externen Regler 138 gekoppelt ist, der - wie in Fig. 1 dargestellt - alternativ oder ergänzend zu den Sensoren 134 die Temperatur des Gesamtmassenstroms G in der Hochdruckabteilung 28 und/oder die Temperatur oder den Druck im Kältemittelverdichter 12 erfasst um den Stellantrieb 123 direkt oder indirekt oder mittels der Steuerung 132 anzusteuern. However, it is also provided that the controller 132 is coupled to an external controller 138 which, as shown in FIG. 1, as an alternative or in addition to the sensors 134, the temperature of the total mass flow G in the high-pressure section 28 and / or the temperature or Pressure in the refrigerant compressor 12 is detected in order to control the actuator 123 directly or indirectly or by means of the control 132.
Dabei dient das Expansionsorgan 122 dazu, den Unterkühlungsmassenstrom UM zu steuern, und dadurch den Hochdruck PH2 am Hochdruckeingangs- anschluss 34 und somit auch den Hochdruck PH2 in der Hochdruckableitung 28 entsprechend einem der Steuerung 132 und/oder dem externen Regler 138 vorgegebenen, insbesondere in dieser als Datei oder Algorithmus The expansion element 122 serves to control the supercooling mass flow UM, and thereby the high pressure PH2 at the high pressure input connection 34 and thus also the high pressure PH2 in the high pressure line 28 in accordance with one of the controls 132 and / or the external controller 138, in particular in this one as a file or algorithm
abgespeicherten Zusammenhang in Abhängigkeit von der jeweils gemessenen Temperatur des Kältemittels und somit in Abhängigkeit von den Möglichkeiten zur Kühlung des auf dem Hochdruck PH2 befindlichen Kältemittels, beispiels- weise in Abhängigkeit von der zur Kühlung im Wärmeübertrager 22 stored relationship as a function of the respectively measured temperature of the refrigerant and thus as a function of the possibilities for cooling the refrigerant on the high pressure PH2, for example as a function of that for cooling in the heat exchanger 22
vorliegenden Umgebungstemperatur, zu regeln. Die Steuerung 132 und/oder der externe Regler 138 umfassen beispielsweise einen Prozessor und einen Speicher, in dem ein Algorithmus oder eine existing ambient temperature to regulate. The controller 132 and / or the external controller 138 comprise, for example, a processor and a memory in which an algorithm or a
Korrelationstabelle gespeichert sind, durch welche eine Korrelation zwischen den Einstellungen des Expansionsorgans 122 mit den gemessenen Correlation tables are stored, by means of which a correlation between the settings of the expansion element 122 and the measured ones
Temperaturen gespeichert ist, so dass die Einstellungen des Expansionsorgans 122, vorgenommen durch den von der Steuerung 132 angesteuerten Stell- antrieb 123, dazu führen dass sich am Hochdruckeingangsanschluss 34 und/oder am Eingang 104 der Unterkühlungseinheit 102 und/oder am Temperatures is stored, so that the settings of the expansion element 122, made by the actuator 123 controlled by the control 132, lead to the high-pressure inlet connection 34 and / or the inlet 104 of the supercooling unit 102 and / or
Expandereingang 92 der der Temperatur entsprechende Hochdruck PH2 einstellt. Expander inlet 92 which sets the high pressure PH2 corresponding to the temperature.
Die Regelung des Hochdrucks PH2 durch Steuerung des Unterkühlungs- massenstroms UM ist möglich, da durch die mechanische funktionale Kopplung des Expanders 86 mit der Kompressorstufe 88 der Expansionsmassenstrom EM direkt gemäß einem festen Volumenverhältnis mit dem Unterkühlungs- massenstrom UM korreliert ist, so dass durch Vorgabe des Unterkühlungs- massenstrom UM der Expansionsmassenstrom EM vorgebbar ist. Üblicherweise umfasst der Unterkühlungsmassenstrom UM ungefähr 15 % bis 35 % des Gesamtmassenstroms G, so dass der Expansionsmassenstrom EM ungefähr 85 % bis 65 % des Gesamtmassenstroms G umfasst. It is possible to regulate the high pressure PH2 by controlling the supercooling mass flow UM, since the mechanical functional coupling of the expander 86 to the compressor stage 88 correlates the expansion mass flow EM directly with the supercooling mass flow UM in accordance with a fixed volume ratio, so that by specifying the Supercooling mass flow UM the expansion mass flow EM can be specified. The subcooling mass flow UM usually comprises approximately 15% to 35% of the total mass flow G, so that the expansion mass flow EM comprises approximately 85% to 65% of the total mass flow G.
Insbesondere erfolgt die Regelung des Hochdrucks PH2 so, dass in der Unter- kühlungseinheit 102 die Temperatur des Gesamtmassenstroms G an der heißen Seite, also am Eingang 104, nur wenige Kelvin, beispielsweise weniger als 4 Kelvin, noch besser weniger als 3 Kelvin, insbesondere ein bis zwei Kelvin, über der Temperatur des Unterkühlungsmassenstroms UM am Ausgang 114 der Unterkühlungseinheit 102 liegt, um das Kältemittel im Unter- kühlungsmassenstrom U im Wesentlichen vollständig zu verdampfen. In particular, the regulation of the high pressure PH2 takes place in such a way that in the subcooling unit 102 the temperature of the total mass flow G on the hot side, ie at the inlet 104, is only a few Kelvin, for example less than 4 Kelvin, better still less than 3 Kelvin, in particular one up to two Kelvin, above the temperature of the subcooling mass flow UM at the outlet 114 of the subcooling unit 102, in order to substantially completely evaporate the refrigerant in the subcooling mass flow U.
Um gegebenenfalls die Temperatur des Unterkühlungsmassenstroms UM am Ausgang 114 zuverlässig überwachen zu können, ist insbesondere noch in der Verbindungsleitung 128 ein mit der Steuerung 132 verbundener Sensor vorgesehen. Es ist aber auch möglich, mit der Steuerung 132 und/oder 138 den Eingangs- druck EP mittels des Sensors 135 zu erfassen und auf einen den Größen wie Druck und/oder Temperatur des Gesamtmassenstroms G und der Größe des Eingangsdrucks EP entsprechenden geeigneten Wert zu regeln, wobei die geeigneten Werte zu den genannten Größen beispielsweise in der Steuerung 132 und/oder 138 abgespeichert sind. In order to be able to reliably monitor the temperature of the supercooling mass flow UM at the output 114, a sensor connected to the controller 132 is in particular still provided in the connecting line 128. However, it is also possible to detect the input pressure EP by means of the sensor 135 with the control 132 and / or 138 and to regulate it to a suitable value corresponding to the sizes such as pressure and / or temperature of the total mass flow G and the size of the input pressure EP , the suitable values for the quantities mentioned being stored, for example, in the controller 132 and / or 138.
Durch die Anordnung der Steuerung 132, des Expansionsorgans 122, der Unterkühlungseinheit 102 und der Expansionskompressionseinheit 84 an der Vorrichtungsbasis 82 bildet diese insgesamt eine selbständig in dem Kühlkreis- lauf 10 montierbare Einheit, welche durch Regelung des Hochdrucks PH2, der ausgangsseitig des wärmeabgebenden Wärmeübertragers 22 vorliegt, die Betriebszustände des Kältemittelkreislaufs 10 regelt. Due to the arrangement of the control 132, the expansion element 122, the subcooling unit 102 and the expansion compression unit 84 on the device base 82, this overall forms a unit that can be installed independently in the cooling circuit 10 and that is present by regulating the high pressure PH2 on the output side of the heat-emitting heat exchanger 22 , which controls the operating states of the refrigerant circuit 10.
Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die als Ganzes mit 84 bezeichnete Expansions- kompressionseinheit als Freikolbenmaschine ausgebildet, die ein Zylinder- gehäuse 142 aufweist, in welchem zwei voneinander getrennte Kolben- kammern 144 und 146 angeordnet sind, wobei in jeder Kolbenkammer ein bewegbarer Freikolben 152, 154 angeordnet ist. As shown in FIG. 3, the expansion compression unit, designated as a whole by 84, is designed as a free-piston machine, which has a cylinder housing 142 in which two piston chambers 144 and 146, which are separate from one another, are arranged, with a movable free piston in each piston chamber 152, 154 is arranged.
Die Freikolben 152 und 154 unterteilen dabei die jeweiligen Kolbenkammern 144 und 146 in Expansionskammern 162 und 164 sowie Kompressions- kammern 166 und 168. The free pistons 152 and 154 divide the respective piston chambers 144 and 146 into expansion chambers 162 and 164 and compression chambers 166 and 168.
Ferner sind die Freikolben 152 und 154 vorzugsweise mechanisch miteinander gekoppelt, und zwar so, dass bei maximalem Volumen der ersten Expansions- kammer 162 der erste Kolben 152 so steht, dass die erste Kompressions- kammer 166 ein minimales Volumen aufweist und gleichzeitig der zweite Frei- kolben 154 so steht, dass dessen Expansionskammer 164 ein minimales Volumen aufweist, während die Kompressionskammer 168 das maximale Volumen aufweist oder umgekehrt. Somit führt beispielsweise eine Volumenzunahme der ersten Expansions- kammer 162 dann, wenn diese durch den Hochdruck am Expandereingang 92 beaufschlagt ist, zu einem Verdichten von Kältemittel des Unterkühlungs- massenstroms U in der ersten Kompressionskammer 166, gleichzeitig zu einem Ausschieben des Kältemittels in der zweiten Kompressionskammer 168 in Richtung des Expanderausgangs 94 und zu einem Ansaugen von Kältemittel in der zweiten Kompressionskammer 168 über den Kompressoreingang 96. Furthermore, the free pistons 152 and 154 are preferably mechanically coupled to one another, in such a way that, at the maximum volume of the first expansion chamber 162, the first piston 152 is positioned such that the first compression chamber 166 has a minimum volume and at the same time the second free chamber piston 154 is such that its expansion chamber 164 has a minimum volume, while the compression chamber 168 has the maximum volume or vice versa. Thus, for example, an increase in volume of the first expansion chamber 162, when it is acted upon by the high pressure at the expander inlet 92, leads to a compression of refrigerant of the supercooling mass flow U in the first compression chamber 166, at the same time to an expulsion of the refrigerant in the second compression chamber 168 in the direction of the expander outlet 94 and for drawing in refrigerant in the second compression chamber 168 via the compressor inlet 96.
Umgekehrt führt eine Beaufschlagung der zweiten Expansionskammer 164 durch über den Expandereingang 92 zugeführtes auf Hochdruck befindliches Kältemittel zu einem Verdichten des Kältemittels in der zweiten Kompressions- kammer 168 und somit einem Ausschieben desselben zum Kompressor- ausgang 98, während gleichzeitig ein Ausschieben des Kältemittels in der ersten Expansionskammer 162 in Richtung des Expanderausgangs 94 erfolgt und ein Ansaugen von Kältemittel in der ersten Kompressionskammer 166 über den Kompressoreingang 96 erfolgt. Conversely, an action on the second expansion chamber 164 by means of high-pressure refrigerant supplied via the expander inlet 92 compresses the refrigerant in the second compression chamber 168 and thus pushes it out to the compressor outlet 98, while at the same time pushing out the refrigerant in the first Expansion chamber 162 takes place in the direction of the expander outlet 94 and refrigerant is sucked into the first compression chamber 166 via the compressor inlet 96.
Vorzugsweise sind dabei der erste Freikolben 152 und der zweite Freikolben 154 koaxial zueinander angeordnet und bewegen sich in ebenfalls koaxial zueinander angeordneten Kolbenkammern 144 und 146 die durch einen Trennkörper 148 voneinander getrennt sind, wobei der Trennkörper 148 von einem Kopplungselement 172 abgedichtet durchsetzt ist, welches die The first free piston 152 and the second free piston 154 are preferably arranged coaxially to one another and move in piston chambers 144 and 146 which are likewise arranged coaxially to one another and are separated from one another by a separating body 148, the separating body 148 being sealed by a coupling element 172 which penetrates the
Bewegung der beiden Freikolben 152 und 154 koppelt. Movement of the two free pistons 152 and 154 couples.
Im einfachsten Fall kann dabei das Kopplungselement 172 als den Trennkörper 158 durchsetzende und sich mit den Freikolben 152, 154 mitbewegende Kopplungsstange ausgebildet sein, welche jeweils an den Freikolben 152 und 154 frei anliegt, also nicht mit diesen fest verbunden ist. Dadurch, dass beim Einströmen von Kältemittel über den Expandereingang 92 der Druck in dieser Expansionskammer 162 beziehungsweise 164 auf den jeweiligen Freikolben 152 beziehungsweise 154 wirkt und gleichzeitig in der jeweiligen Kompressionskammer 168 beziehungsweise 166 des jeweils anderen Freikolbens 154 beziehungsweise 152 ein Druck wirkt, der höher ist als der Druck am Expanderausgang 94, der in der jeweiligen Expansions- kammer 164 beziehungsweise 162 vorliegt, lässt sich in der durch den Frei- kolben 152 beziehungsweise 154 beaufschlagten Kompressionskammer 166 beziehungsweise 168 ein Druck erzeugen, der höher ist als der am Expander- eingang 92 anliegende Hochdruck, so dass sich der Unterkühlungsmassen- strom U auf einen am Kompressorausgang 98 anliegenden Druck verdichten lässt, der mindestens dem Hochdruck PHI am Eingang 24 des wärme- abgebenden Wärmeübertragers oder dem Druck in der Hochdruckleitung 18 entspricht, obwohl der Hochdruck PH2, der Expandereingang zur Verfügung steht aufgrund von Druckverlusten im Wärmeübertrager 22 etwas kleiner als der Hochdruck PHI ist. In the simplest case, the coupling element 172 can be designed as a coupling rod which penetrates the separating body 158 and which moves with the free pistons 152, 154 and which is in free contact with the free pistons 152 and 154, that is to say is not firmly connected to them. Characterized in that when refrigerant flows in via the expander inlet 92, the pressure in this expansion chamber 162 or 164 acts on the respective free piston 152 or 154 and at the same time a pressure which is higher in the respective compression chamber 168 or 166 of the other free piston 154 or 152 acts As the pressure at the expander outlet 94 which is present in the respective expansion chamber 164 or 162, a pressure which is higher than that at the expander inlet 92 can be generated in the compression chamber 166 or 168 acted upon by the free piston 152 or 154 applied high pressure, so that the supercooling mass flow U can be compressed to a pressure present at the compressor outlet 98 which corresponds at least to the high pressure PHI at the inlet 24 of the heat-emitting heat exchanger or the pressure in the high pressure line 18, although the high pressure PH2, the expander inlet to Is available due to pressure losses in the heat exchanger 22 is slightly smaller than the high pressure PHI.
Zur Verbindung der Kompressionskammern 166 und 168 mit dem To connect the compression chambers 166 and 168 with the
Kompressoreingang 96 sind vom Kompressoreingang 96 ausgehende Compressor inlet 96 are from compressor inlet 96
Zuleitungen 182 vorgesehen, die zu den Kompressionskammern 166 und 168 zugeordneten Einlassventilen 184 und 186 führen und außerdem ist der Kompressorausgang 98 mit einer Druckleitung 192 verbunden, die von den Kompressionskammern 166 beziehungsweise 168 zugeordneten Auslass- ventilen 194 und 196 zu dem Kompressorausgang 98 führt. Supply lines 182 are provided which lead to the inlet valves 184 and 186 assigned to the compression chambers 166 and 168, and the compressor outlet 98 is also connected to a pressure line 192 which leads from the outlet valves 194 and 196 assigned to the compression chambers 166 and 168 to the compressor outlet 98.
Eine wechselweise Verbindung zwischen dem Expandereingang 92 und dem Expanderausgang 94 mit den Expansionskammern 162 und 164 erfolgt über ein Schiebersystem 202, welches kolbenpositionsgesteuert ist. Beispielsweise umfasst das Schiebersystem 202 eine Steuerung 203, die mittels Positionssensoren 204 und 206 die Stellungen der Freikolben 152 beziehungsweise 154 erfasst und mittels eines elektrischen Antriebs 207 einen als Ganzes mit 208 bezeichneten Wechselschieber steuert, der zwei Schieber- Stellungen aufweist und in der einen Schieberstellung den Expandereingang 92 mit der Expansionskammer 162 und den Expanderausgang 94 mit der An alternating connection between the expander inlet 92 and the expander outlet 94 with the expansion chambers 162 and 164 takes place via a slide system 202 which is controlled by the piston position. For example, the slide system 202 comprises a controller 203, which detects the positions of the free pistons 152 and 154 by means of position sensors 204 and 206 and controls an exchangeable slide, designated as a whole by 208, which has two slide positions and one in the slide position by means of an electric drive 207 Expander inlet 92 with the expansion chamber 162 and the expander outlet 94 with the
Expansionskammer 164 und in der anderen Schieberstellung den Expander- eingang mit der Expansionskammer 164 und den Expanderausgang 94 mit der Expansionskammer 162 verbindet. Expansion chamber 164 and in the other slide position connects the expander inlet to the expansion chamber 164 and the expander outlet 94 to the expansion chamber 162.
Alternativ dazu ist, wie in Fig. 4 darstellt, bei einem Schiebersystem 202' eine Drucksteuerung des Wechselschiebers 208 vorgesehen, wobei der Antrieb 207' einen druckgetriebenen Zylinder mit einem Kolben 205 aufweist, welcher gesteuert durch einen Hilfsschieber 209 wechselweise einerseits mit dem Druck am Expandereingang 92 und andererseits mit dem Druck am Expander- ausgang 94 oder umgekehrt beaufschlagt wird, wobei der Hilfsschieber 209 ebenfalls als Wechselschieber ausgebildet ist und dessen Schieberpositionen durch mechanische Erfassung der Positionen der Freikolben 152 und 154 in ihren dem Trennkörper 148 zugewandten Endstellungen erfolgt. As an alternative to this, as shown in FIG. 4, a pressure control of the change-over slide 208 is provided in a slide system 202 ', the drive 207' having a pressure-driven cylinder with a piston 205, which, controlled by an auxiliary slide 209, alternately on the one hand with the pressure at the expander inlet 92 and, on the other hand, the pressure at the expander outlet 94 or vice versa is applied, the auxiliary slide 209 also being designed as a change-over slide and its slide positions being achieved by mechanical detection of the positions of the free pistons 152 and 154 in their end positions facing the separating body 148.
Da beispielsweise bei der Ausbildung der Expansionskompressionseinheit 84 als Freikolbenmaschine Funktionsstörungen derselben auftreten können, so dass kein Expansionsdruckmassenstrom EPM oder kein ausreichend großer Expansionsdruckmassenstrom EPM für die Kühleinheit 62 zur Verfügung stehen würde, würde keine Kühlleistung mehr an der Kühleinheit 62 zur Verfügungen stehen, so dass der Kältemittelkreislauf 10 nicht mehr funktions- fähig wäre. Since, for example, when the expansion compression unit 84 is configured as a free-piston machine, malfunctions thereof can occur, so that no expansion pressure mass flow EPM or a sufficiently large expansion pressure mass flow EPM would be available for the cooling unit 62, cooling capacity would no longer be available on the cooling unit 62, so that Refrigerant circuit 10 would no longer be functional.
Außerdem würden der Hochdruck PHI und PH2 auf ein Niveau ansteigen, das zu Schäden an dem Wärmetauscher 22 und/oder am Kältemittelverdichter 12 führen würde. Aus diesem Grund ist der Kältemittelkreislauf 10 mit einer Notbetriebseinheit 230 versehen, die diesen Fall verhindert. In addition, the high pressure PHI and PH2 would rise to a level that would damage the heat exchanger 22 and / or the refrigerant compressor 12. For this reason, the refrigerant circuit 10 is provided with an emergency operating unit 230, which prevents this case.
Eine erste Ausführungsform einer in dem Expansionssystem 30 vorgesehene Notbetriebseinheit 230 umfasst beispielsweise ein zusätzliches Expansions- element 232, welches in einer Umgehungsleitung 234 angeordnet ist, die ihrerseits der Expanderstufe 86, insbesondere zwischen dessen Expander- eingang 92 und Expanderausgang 94, parallel geschaltet ist, und als Druck- entlastungsventil ausgebildet ist, das seinerseits bei Überschreiten eines vorgebbaren Öffnungsdrucks PO öffnet und dann als Expansionsorgan in der Umgehungsleitung 234 wirkt, so dass durch das Expansionsorgan in der Umgehungsleitung 234 ein Notbetriebsexpansionsmassenstrom NEPM der Expansionsleitung 42 zugeführt wird, welcher dann in der Kühleinheit 62 Wärme aufnehmen kann, so dass der Kältemittelkreislauf 10 im Notbetrieb weiterlaufen kann (Fig. 1 und Fig. 2). A first embodiment of an emergency operating unit 230 provided in the expansion system 30 comprises, for example, an additional expansion element 232 which is arranged in a bypass line 234, which in turn is connected in parallel to the expander stage 86, in particular between its expander input 92 and expander output 94, and is designed as a pressure relief valve, which in turn opens when a predeterminable opening pressure PO is exceeded and then acts as an expansion element in the bypass line 234, so that an emergency operation expansion mass flow NEPM is fed to the expansion line 42 through the expansion element in the bypass line 234, which then is supplied in the cooling unit 62 Can absorb heat, so that the refrigerant circuit 10 can continue to run in emergency operation (Fig. 1 and Fig. 2).
Der Notbetriebsexpansionsmassenstrom NEPM ist dabei so gewählt, dass an der Kühleinheit 62 eine Mindestkühlleistung zur Verfügung steht. The emergency operating expansion mass flow NEPM is selected such that a minimum cooling capacity is available on the cooling unit 62.
Insbesondere bei Verwendung der Freikolbenmaschine als Expansions- kompressionseinheit 84 besteht das Problem von Pulsationen in dem Kälte- mittelkreislauf 10. In particular when using the free piston machine as expansion compression unit 84, there is the problem of pulsations in the refrigerant circuit 10.
Aus diesem Grund ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Kältemittelkreis- laufs 10 vorzugsweise mit an die Expanderstufe 86 angrenzenden Teilen des Kältemittelkreislaufs 10, beispielsweise an die Expansionsleitung 42 ein For this reason, in the first exemplary embodiment of the refrigerant circuit 10, parts of the refrigerant circuit 10 adjacent to the expander stage 86, for example to the expansion line 42, are preferably one
Pulsationsdämpfer 260 verbunden, welcher ein eine Dämpferkammer 264 umschließendes Dämpfergehäuse 262 umfasst, in dem sich zumindest in einem subkritischen Betriebszustand einerseits eine Blase 266 aus Pulsation damper 260 connected, which comprises a damper housing 262 enclosing a damper chamber 264, in which a bladder 266 is formed at least in a subcritical operating state
gasförmigen Kältemittel über einem Kältemittelbad 268 aus flüssigem Kälte- mittel ausbildet, wobei das Kältemittelbad 268 über eine Pulsations- Übertragungsleitung 272 beispielsweise mit der Expansionsleitung 42 verbunden ist. Die Blase 264 aus gasförmigem Kältemittel ermöglicht es somit, Pulsationen im Expansionsdruckmassenstrom EPM, die sich auch auf das Bad 268 des Kältemittels auswirken, zu dämpfen. forms gaseous refrigerant above a refrigerant bath 268 from liquid refrigerant, the refrigerant bath 268 being connected to the expansion line 42, for example, via a pulsation transmission line 272. The bubble 264 made of gaseous refrigerant thus makes it possible to dampen pulsations in the expansion pressure mass flow EPM, which also affect the bath 268 of the refrigerant.
Um sicherzustellen, dass in dem Dämpfergehäuse 262 sich über dem Kälte- mittelbad 268 aus flüssigem Kältemittel stets die Blase 266 aus gasförmigem Kältemittel ausbildet, ist vorzugsweise das Dämpfergehäuse 262 im Bereich des die Blase 266 umschließenden Bereichs mit einer Beheizung 274 versehen, die über einen Wärmetransportkreislauf 276 Wärme von der Rückführungs- leitung 78 dem Dämpfergehäuse 262 zur Aufrechterhaltung der Blase 266 aus dampfförmigem Kältemittel zuführt. In order to ensure that the bladder 266 made of gaseous refrigerant always forms in the damper housing 262 above the coolant bath 268 made of liquid refrigerant, the damper housing 262 is preferably provided in the region of the region surrounding the bladder 266 with a heater 274 which is provided via a heat transport circuit 276 supplies heat from return line 78 to damper housing 262 to maintain bladder 266 of vaporous refrigerant.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittel- kreislaufs 10', dargestellt in Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform der In a second exemplary embodiment of a refrigerant circuit 10 ′ according to the invention, shown in FIG. 5, a second embodiment of the
Notbetriebseinheit 230' nicht Teil des Expansionssystems 30, wie im Emergency operating unit 230 'is not part of the expansion system 30, as in the
Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 10 beschrieben, sondern eine von dem Expansionssystem 30 unabhängige Einheit, wobei das als Druckentlastungsventil ausgebildete Expansionselement 232 in der Umgehungsleitung 234' angeordnet ist, die in diesem Fall die Hochdruckleitung 28 mit der Expansionsleitung 42 verbindet und somit der gesamten Expansionseinheit 32 parallel geschaltet ist (Fig. 5). Described in connection with the first embodiment of the refrigerant circuit 10 according to the invention, but a unit independent of the expansion system 30, wherein the expansion element 232 designed as a pressure relief valve is arranged in the bypass line 234 ', which in this case connects the high pressure line 28 to the expansion line 42 and thus the entire expansion unit 32 is connected in parallel (Fig. 5).
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittel- kreislaufs ist dem ersten Ausführungsbeispiel der Expansionseinheit 30 eine dritte Ausführungsform einer Notbetriebseinheit 230" zugeordnet die so ausgebildet ist, dass das Expansionselement 232 in einer Umgehungsleitung 234" angeordnet ist, die der Expanderstufe 86 und einem vor dem Expander- eingang 92 angeordneten Absperrelement 236 parallel geschaltet ist, so dass beim Öffnen des Expansionselements 232 die Möglichkeit besteht, durch das Absperrventil 236 die Expanderstufe 86 und somit die gesamte Expansions- kompressionseinheit 84 außer Betrieb zu nehmen, so dass lediglich noch der Notbetriebsexpansionsmassenstrom NEPM von dem Hochdruckeingangs- anschluss 34 zu dem Expansionsdruckausgangsanschluss 36 strömt. In the first exemplary embodiment of a refrigerant circuit according to the invention, the first exemplary embodiment of the expansion unit 30 is assigned a third embodiment of an emergency operating unit 230 ", which is designed such that the expansion element 232 is arranged in a bypass line 234", which is the expander stage 86 and one in front of the expander - Input 92 arranged shut-off element 236 is connected in parallel, so that when the expansion element 232 is opened, there is the possibility, through the shut-off valve 236, of decommissioning the expander stage 86 and thus the entire expansion compression unit 84, so that only the emergency operating expansion mass flow NEPM flows from the high-pressure inlet connection 34 to the expansion pressure outlet connection 36.
Dadurch, dass die Expanderstufe 86 durch das Absperrelement 236 außer Betrieb genommen ist, ist auch die Kompressorstufe 88 außer Betrieb, so dass über den Hochdruckausgangsanschluss 38 und die Rückführungsleitung 78 auch kein Unterkühlungsrückführungsmassenstrom URM zur Hochdruckleitung 18 strömt. Because the expander stage 86 is taken out of operation by the shut-off element 236, the compressor stage 88 is also out of operation, so that no supercooling return mass flow URM flows to the high-pressure line 18 via the high-pressure outlet connection 38 and the return line 78.
Bei dieser Ausführungsform ist es erforderlich, das Expansionselement 232 und das Absperrelement 236 aktiv anzusteuern, beispielsweise durch eine Notbetriebssteuerung 238, welche mittels eines Sensors 242 den in dem In this embodiment, it is necessary to actively control the expansion element 232 and the shut-off element 236, for example by means of an emergency operation control 238, which by means of a sensor 242 detects the in the
Kältemittelkreislauf 10 vor der Expanderstufe 86 vorliegenden Hochdruck PH2 beispielsweise den Hochdruck zwischen dem Ausgang 106 der Unterkühlungs- einheit 102 und dem Expandereingang 92 erfasst (Fig. 6). Refrigerant circuit 10 upstream of the expander stage 86 high pressure PH2, for example, detects the high pressure between the outlet 106 of the supercooling unit 102 and the expander inlet 92 (FIG. 6).
Bei einer vierten Ausführungsform einer Notbetriebseinheit 230"', dargestellt in Fig. 7 ist das Absperrelement 236 nicht vor dem Expandereingang 92, sondern unmittelbar nach dem Expanderausgang 94 angeordnet und die Umgehungsleitung 234"' ist somit der Expanderstufe 86 mit dem Absperr- element 236, das auf den Expanderausgang 94 folgend angeordnet ist, parallel geschaltet. In a fourth embodiment of an emergency operating unit 230 ″, shown in FIG. 7, the shut-off element 236 is not arranged in front of the expander inlet 92, but immediately after the expander outlet 94, and the bypass line 234 ″ is thus the expander stage 86 with the shut-off element 236, which is arranged following the expander output 94, connected in parallel.
Auch in diesem Fall ist die Steuerung 238 einerseits zur Ansteuerung des Expansionselements 232 und des Absperrelements 236 vorgesehen. In this case too, the controller 238 is provided on the one hand to control the expansion element 232 and the shut-off element 236.
Bei einer fünften Ausführungsform einer Notbetriebseinheit 230'", dargestellt in Fig. 8 umfasst die Notbetriebseinheit 230"" das Expansionselement 237 und das Absperrelement 236. Bei dieser Ausführungsform ist in gleicher Weise wie bei der dritten In a fifth embodiment of an emergency operating unit 230 '", shown in FIG. 8, the emergency operating unit 230""comprises the expansion element 237 and the shut-off element 236. This embodiment is the same as the third
Ausführungsform das Absperrelement 236 vor dem Expandereingang 92 angeordnet, um durch Unterbrechen des in die Expanderstufe 86 Embodiment, the shut-off element 236 arranged in front of the expander inlet 92 to by interrupting the in the expander 86
einströmenden Expansionsmassenstroms EM die Expanderstufe 86 außer Funktion zu setzen, während die Umgehungsleitung 234"" die Zuleitung 126, in welche der Unterkühlungsmassenstrom UM nach Durchströmen des inflowing expansion mass flow EM the expander stage 86 out of operation, while the bypass line 234 "" the supply line 126, into which the supercooling mass flow UM flows through the
Expansionsorgans 122 eintritt, und den Expansionsdruckausgangsanschluss 36 miteinander verbindet. Expansion member 122 enters, and connects the expansion pressure outlet port 36 together.
In diesem Fall ist in der Umgehungsleitung 234"" noch ein weiteres In this case, there is another one in the bypass line 234 ""
Absperrelement 237 vorgesehen, während das für die Expansion des Unter- kühlungsmassenstroms UM vorgesehene Expansionsorgan 122 auch für die Notbetriebseinheit 230"" als Expansionsorgan dient und daher den Shut-off element 237 is provided, while the expansion member 122 provided for the expansion of the subcooling mass flow UM also serves as the expansion member for the emergency operating unit 230 "" and therefore the
Notexpansionsmassenstrom NEPM bestimmt, der unter Umgehung des Emergency expansion mass flow NEPM determined, bypassing the
Expanders 86 zum Expansionsdruckausgangsanschluss 36 geführt ist. Expanders 86 is guided to the expansion pressure outlet connection 36.
Auch in diesem Fall ist die Notbetriebssteuerung 238 erforderlich, die die Absperrelemente 236 und 237 ansteuert, wenn vom Sensor 242 ein In this case, too, the emergency operation control 238 is required, which controls the shut-off elements 236 and 237 when the sensor 242 is on
unerwünschter Anstieg des Hochdrucks PH2 erkannt wird. undesirable increase in high pressure PH2 is detected.
Bei einer einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Expansionseinheit 32' zugeordneten sechsten Ausführungsform einer Notbetriebseinheit 230"", dargestellt in Fig. 9, ist die Notexpansionseinheit 230. ebenfalls gebildet durch die Umgehungsleitung 234. mit dem Absperrelement 237, während das Absperrelement 236 unmittelbar auf den Expanderausgang 94 folgend angeordnet ist, so dass die Umgehungsleitung 234. von der Zuleitung 126 zum Expansionsdruckausgangsanschluss 36 geführt ist und zwischen dem Absperrelement 236 und dem Expansionsdruckausgangsanschluss 36 in eine Umgehungsleitung zwischen diesen einmündet. In diese Umgehungsleitung mündet bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel der Expansionseinheit 32' auch noch die Pulsationsübertragungsleitung 272, welche zu einem Pulsationsdämpfer 260 geführt ist, der in gleicher Weise ausgebildet ist, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei in diesem Fall der Wärmetransportkreislauf 276 ebenfalls Teil des Expansionssystems 30 ist und Wärme aus einer Umgehungsleitung zwischen dem Kompressorausgang 98 und dem Hochdruckausgangsanschluss 38 entzieht und der Beheizung 274 zuführt. In a sixth embodiment of an emergency operating unit 230 "" assigned to a second exemplary embodiment of an expansion unit 32 ', shown in FIG. 9, the emergency expansion unit 230. is likewise formed by the bypass line 234. With the shut-off element 237, while the shut-off element 236 connects directly to the expander outlet 94 is arranged in such a way that the bypass line 234 is led from the supply line 126 to the expansion pressure outlet connection 36 and opens into a bypass line between the shut-off element 236 and the expansion pressure outlet connection 36. In this second exemplary embodiment of the expansion unit 32 ′, the bypass line 272 also leads into this bypass line, which leads to a pulsation damper 260, which is designed in the same way as described in connection with the first exemplary embodiment, in which case the heat transport circuit 276 likewise Is part of the expansion system 30 and extracts heat from a bypass line between the compressor outlet 98 and the high pressure outlet connection 38 and supplies it to the heater 274.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 10, ist das In a third embodiment, shown in FIG. 10, this is
Expansionssystem 30 mit der Notbetriebseinheit 230. gemäß der sechsten Expansion system 30 with the emergency operating unit 230. according to the sixth
Ausführungsform versehen, so dass diesbezüglich auf die Ausführungen zum sechsten Ausführungsbeispiel vollinhaltlich Bezug genommen werden kann. Embodiment provided, so that in this regard, reference can be made in full to the statements on the sixth embodiment.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist allerdings zwischen dem Hochdruckeingangsanschluss 34 und dem Hochdruckausgangsanschluss 38 eine Pulsationsdämpfereinheit 280 vorgesehen, welche ein Dämpfergehäuse 282 aufweist, in welchem ein Kolben 284 angeordnet ist, der eine im In contrast to the first exemplary embodiment, a pulsation damper unit 280 is provided between the high-pressure input connection 34 and the high-pressure output connection 38, which has a damper housing 282, in which a piston 284 is arranged, which has a piston
Dämpfergehäuse 282 angeordnete erste Kammer 286 von einer zweiten Kammer 288 trennt, wobei beispielsweise die erste Kammer 282 über eine erste Pulsationsübertragungsleitung 292 mit dem Hochdruckeingangsanschluss 34 verbunden ist und die zweite Kammer 288 über eine zweite Pulsations- Übertragungsleitung 294 mit dem Hochdruckausgangsanschluss 38 verbunden ist. Damper housing 282 separates arranged first chamber 286 from a second chamber 288, wherein for example the first chamber 282 is connected to the high pressure input connection 34 via a first pulsation transmission line 292 and the second chamber 288 is connected to the high pressure output connection 38 via a second pulsation transmission line 294.
Die Pulsationsdämpfereinheit 280 ist somit in der Lage, sich zum Hochdruck- eingangsanschluss 34 oder zum Hochdruckausgangsanschluss 38 ausbreitende Pulsationen dadurch zu dämpfen, dass durch den Kolben eine Pulsations- Übertragung erfolgt, wobei der Kolben 284 vorzugsweise zwischen zwei feder- elastischen Dämpfungselementen 296 und 298 gelagert ist, die in den The pulsation damper unit 280 is thus able to dampen pulsations propagating to the high-pressure inlet connection 34 or to the high-pressure outlet connection 38 in that the piston transmits pulsation, the piston 284 preferably being mounted between two spring-elastic damping elements 296 and 298 is that in the
Kammern 286 beziehungsweise 288 angeordnet sind. Eine achte Ausführungsform einer Notbetriebseinheit 230. , dargestellt inChambers 286 and 288 are arranged. An eighth embodiment of an emergency operating unit 230 shown in FIG
Fig. 11 und Fig. 12, basiert im Prinzip auf der fünften Ausführungsform derFIGS. 11 and 12 are based in principle on the fifth embodiment of the
Notbetriebseinheit 230"", wobei in diesem Fall die Notbetriebseinheit 230. eine Umgehungsleitung 234. aufweist, die von der Zuleitung 126 zu einemEmergency operating unit 230 "", in which case the emergency operating unit 230. has a bypass line 234. which leads from the supply line 126 to a
3/2 Wegeventil 235 führt, welches in der Lage ist, entweder den Expander- ausgang 94 mit dem Expansionsdruckausgangsanschluss 36 zu verbinden und die Umgehungsleitung 234. zu verschließen oder die Umgehungsleitung3/2 directional valve 235 leads, which is able either to connect the expander outlet 94 to the expansion pressure outlet connection 36 and to close the bypass line 234. or the bypass line
234. mit dem Expansionsdruckausgangsanschluss 36 zu verbinden und den234. to connect to the expansion pressure outlet port 36 and the
Expanderausgang 94 zu verschließen, wobei das 3/2 Wegeventil 235 ebenfalls durch die Steuerung 238 angesteuert wird, welche beispielsweise den Hoch- druck des Expansionsmassenstroms EM vor dessen Eintritt in den Expander erfasst. To close the expander outlet 94, the 3/2 way valve 235 also being controlled by the controller 238, which detects, for example, the high pressure of the expansion mass flow EM before it enters the expander.
Auch bei dieser Ausführungsform dient somit das Expansionsorgan 122 das eigentlich für die Expansion des Unterkühlungsmassenstroms UM vorgesehen ist, im Fall des Notbetriebs als Expansionsorgan für die Notbetriebseinheit 230.. In this embodiment too, the expansion element 122, which is actually intended for the expansion of the supercooling mass flow UM, serves as an expansion element for the emergency operation unit 230 in the case of emergency operation.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel einer Expansionseinheit 32"' dargestellt in Fig. 13, ist die Expansionseinheit 32"' dahingehend modifiziert, dass der Abzweig 116' zwischen dem Hochdruckeingangsanschluss 34 und dem Eingang 104 der Unterkühlungseinheit 102 angeordnet ist und somit der Unter- kühlungsmassenstrom UM vor Durchströmen der Unterkühlungseinheit 102 von dem Gesamtmassenstrom G abgezweigt wird, wobei in gleicher Weise wie bei den voranstehenden Ausführungsbeispielen das Absperrorgan 124 und das Expansionsorgan 122 vorgesehen sind, die zwischen dem Abzweig 116'" und dem Eingang 112 für den die Unterkühlungseinheit 102 durchströmenden Gegenstrom angeordnet sind. In a fourth exemplary embodiment of an expansion unit 32 ″ shown in FIG. 13, the expansion unit 32 ″ is modified in such a way that the branch 116 ′ is arranged between the high-pressure inlet connection 34 and the inlet 104 of the supercooling unit 102 and thus the subcooling mass flow UM Flow through the supercooling unit 102 is branched off by the total mass flow G, the shut-off member 124 and the expansion member 122 being provided in the same way as in the previous exemplary embodiments, which are arranged between the branch 116 '"and the inlet 112 for the countercurrent flowing through the subcooling unit 102 ,
Auch diese Ausführungsform der Expansionseinheit 32'" wird durch die This embodiment of the expansion unit 32 '"is also by the
Steuerung 132 in gleicher weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel gesteuert. Auch dieses vierte Ausführungsbeispiel lässt sich mit Notbetriebseinheiten, beispielsweise mit einer Notbetriebseinheit 230 gemäß dem ersten Controller 132 is controlled in the same way as in the first embodiment. This fourth exemplary embodiment can also be used with emergency operating units, for example with an emergency operating unit 230 according to the first
Ausführungsbeispiel, und dem Expansionselement 232, ausgebildet als Embodiment, and the expansion element 232, formed as
Druckentlastungsventil, versehen. Pressure relief valve, provided.
Die Expansionseinheit 32'" kann aber auch mit Notbetriebseinheiten 230',The expansion unit 32 '"can also be used with emergency operating units 230',
230", 230"', 230"", 230. , 230. und 230. und/oder auch mit Pulsations- dämpfereinheiten 260, 280 versehen werden, wie sie im Zusammenhang mit den voranstehenden Ausführungsbeispielen des Kältemittelkreislaufs 10 beschrieben sind, so dass diesbezüglich auf die voranstehenden Ausführungen zu diesen Notbetriebseinheiten Bezug genommen wird. 230 ", 230" ', 230 "", 230th, 230th and 230th and / or also provided with pulsation damper units 260, 280, as described in connection with the above exemplary embodiments of the refrigerant circuit 10, so that in this regard reference is made to the above explanations regarding these emergency operating units.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittel- kreislaufs 10", dargestellt in Fig. 14, sind diejenigen Elemente, die mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung vollinhaltlich auf die In a third exemplary embodiment of a refrigerant circuit 10 ″ according to the invention, shown in FIG. 14, those elements which are identical to those of the first exemplary embodiment are provided with the same reference numerals, so that the description of the entire content is based on the
Ausführungen zu diesen im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungs- beispiel verwiesen werden kann. Comments on these in connection with the first exemplary embodiment can be referenced.
Allerdings ist das dritte Ausführungsbeispiel mit der dritten Ausführungsform der Notbetriebseinheit 230" versehen, bezüglich welcher auf die voran- stehenden Ausführungen zu dieser dritten Ausführungsform verwiesen wird. However, the third exemplary embodiment is provided with the third embodiment of the emergency operating unit 230 ″, with respect to which reference is made to the previous explanations regarding this third embodiment.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel führt bei dem dritten In contrast to the first embodiment, the third leads
Ausführungsbeispiel die Expansionsleitung 42 nicht unmittelbar zu der Kühl- stufe 62, sondern zu einem Zwischendrucksammler 44, in welchem sich bei Expansionsdruck PE ein Bad 46 aus flüssigem Kältemittel ausbildet, von welchem flüssiges Kältemittel über eine Flüssigleitung 48 der Kühlstufe 62" zugeführt wird, die in diesem Fall nicht nur den wärmeaufnehmenden Wärme- Übertrager 64 umfasst, sondern zusätzlich noch ein Abschaltorgan 68 und ein Expansionsorgan 66. Ferner bildet sich in dem Zwischendrucksammler 44 über dem Bad 46 ein Gasvolumen 52 aus Kältemittel, von welchem ein Zusatzmassenstrom Z über ein Expansionsorgan 54 der Saugleitung 74 zugeführt wird. In the exemplary embodiment, the expansion line 42 does not go directly to the cooling stage 62, but to an intermediate pressure collector 44, in which a bath 46 of liquid refrigerant is formed at expansion pressure PE, from which liquid refrigerant is supplied to the cooling stage 62 ″ via a liquid line 48, which in FIG in this case not only includes the heat-absorbing heat exchanger 64, but also a shutdown element 68 and an expansion element 66. Furthermore, a gas volume 52 of refrigerant is formed in the intermediate pressure collector 44 above the bath 46, from which an additional mass flow Z is fed to the suction line 74 via an expansion element 54.
Durch den Zwischendrucksammler 44 besteht die Möglichkeit, den Through the intermediate pressure collector 44 there is the possibility of the
Expansionsmassenstrom E bei Expansionsdruck PE in einen Hauptmassen- strom H, der über die Flüssigkeitsleitung der Kühlstufe 62" zugeführt wird, und einen gasförmigen Zusatzmassenstrom Z, der über das Expansionsorgan 54 der Saugdruckleitung 74 zugeführt wird, aufzuteilen, so dass die Temperatur des die Kühlstufe 62" erreichenden Hauptmassenstroms H mittels des Expansion mass flow E at expansion pressure PE into a main mass flow H, which is supplied via the liquid line to the cooling stage 62 ″, and a gaseous additional mass flow Z, which is supplied via the expansion member 54 to the suction pressure line 74, so that the temperature of the cooling stage 62 "reaching main mass flow H by means of
Expansionsorgans 54 einstellbar ist. Expansion device 54 is adjustable.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist ferner noch der Hochdruckableitung 28 ein Pulsationsdämpfer 260 zugeordnet der dem in dem ersten Ausführungs- beispiel des Kältemittelkreislaufs 10 gemäß Fig. 1 dargestellten und der Expansionsleitung 42 zugeordneten Pulsationsdämpfer 260 entspricht, so dass hinsichtlich der Funktion desselben vollinhaltlich auf die voranstehenden Ausführungen hierzu Bezug genommen werden kann. In the third exemplary embodiment, a pulsation damper 260 is also assigned to the high-pressure lead 28, which corresponds to the pulsation damper 260 shown in the first exemplary embodiment of the refrigerant circuit 10 according to FIG. 1 and assigned to the expansion line 42, so that the function of the same is fully explained in the foregoing this can be referred to.
Alternativ dazu kann der Pulsationsdämpfer 260 auch im Bereich der Alternatively, the pulsation damper 260 can also be in the area of the
Expansionseinheit 32 angeordnet oder sogar in das Expansionssystem 30 integriert werden. Expansion unit 32 arranged or even integrated into the expansion system 30.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittel- kreislaufs 10"', dargestellt in Fig. 15, die mit denen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels identisch sind mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die In a fourth exemplary embodiment of a refrigerant circuit 10 '' according to the invention, shown in FIG. 15, which are identical to those of the first and second exemplary embodiments, are provided with the same reference numerals, so that the description of the same applies to the contents of the same
Ausführungen zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann. Zusätzlich zu den Merkmalen des zweiten Ausführungsbeispiels ist das vierte Ausführungsbeispiel mit der Pulsationsdämpfereinheit 280 versehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel dem Wärmeübertrager 22 parallel geschaltet ist und somit Pulsationen zwischen der Hochdruckleitung 18 und der Hochdruck- ableitung 28 dämpft. Comments on the first and second exemplary embodiments can be referred to. In addition to the features of the second exemplary embodiment, the fourth exemplary embodiment is provided with the pulsation damper unit 280, which in this exemplary embodiment is connected in parallel with the heat exchanger 22 and thus dampens pulsations between the high-pressure line 18 and the high-pressure discharge line 28.
Die Pulsationsdämpfereinheit 280 ist dabei identisch ausgebildet wie die in das das dritte Ausführungsbeispiel der Expansionseinheit 32" integrierte The pulsation damper unit 280 is of identical design to that integrated into the third exemplary embodiment of the expansion unit 32 ″
Pulsationsdämpfereinheit 280 (Fig. 10), so dass auf die diesbezüglichen voranstehenden Ausführungen vollinhaltlich Bezug genommen werden kann. Pulsation damper unit 280 (FIG. 10), so that full reference can be made to the above statements in this regard.
Zusätzlich ist allerdings zwischen der zweiten Pulsationsübertragungsleitung 294 und der Hochdruckleitung 18 noch eine Drossel 302 vorgesehen, um eine verbesserte Dämpfungswirkung zu erhalten. In addition, however, a throttle 302 is also provided between the second pulsation transmission line 294 and the high-pressure line 18 in order to obtain an improved damping effect.
Bei einem fünften Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kältemittel- kreislaufs 10", dargestellt in Fig. 16, sind diejenigen Elemente, die mit denen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben voll- inhaltlich auf die Ausführungen zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann. In a fifth exemplary embodiment of a refrigerant circuit 10 ″ according to the invention, shown in FIG. 16, those elements which are identical to those of the first and second exemplary embodiments are provided with the same reference numerals, so that with regard to the description thereof the content of the explanations is the same reference can be made to the first and second exemplary embodiments.
Im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel wird der Zusatzmassenstrom Z aus dem Gasvolumen 52 über das Expansionsorgan 54 nicht direkt der Saugdruckleitung 74 zugeführt, sondern nochmals durch einen in der In contrast to the second exemplary embodiment, the additional mass flow Z from the gas volume 52 is not fed directly to the suction pressure line 74 via the expansion element 54, but again through an in the
Flüssigkeitsleitung 48 vorgesehenen Unterkühler 58 geführt, der den in der Flüssigkeitsleitung 48 strömenden Hauptmassenstrom H nochmals unterkühlt. Provided liquid line 48 subcooler 58, which subcooled the main mass flow H flowing in the liquid line 48 again.
Ferner ist die Kühlstufe 62"' beispielsweise als Normalkühlstufe ausgebildet und zusätzlich ist noch eine Tiefkühlstufe 212 vorgesehen, welche einen wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 214 sowie ein Abschaltorgan 218 und ein Expansionsorgan 216 aufweist. Das in der Tiefkühlstufe 212 expandierte Kältemittel wird über eine Saug- druckleitung 224 einer Tiefkühlverdichtereinheit 222 zugeführt, die das Kälte- mittel wieder soweit verdichtet, dass dieses der Saugdruckleitung 74 für die Kältemittelverdichtereinheit 12 zum Verdichten auf Hochdruck zugeführt werden kann. Furthermore, the cooling stage 62 ″ is designed, for example, as a normal cooling stage and, in addition, a deep-freezing stage 212 is also provided, which has a heat-absorbing heat exchanger 214 and a shutdown element 218 and an expansion element 216. The refrigerant expanded in the freezer stage 212 is fed via a suction pressure line 224 to a freezer compressor unit 222, which compresses the refrigerant to such an extent that it can be fed to the suction pressure line 74 for the refrigerant compressor unit 12 for compression to high pressure.
Darüber hinaus ist vorzugsweise in der Saugdruckleitung 224 der Tiefkühl- verdichtereinheit 212 noch ein Unterkühler 226 vorgesehen, der das über die Flüssigkeitsleitung 48 der Tiefkühlstufe 212 zugeführte Kältemittel vor Eintritt in die Tiefkühlstufe 212 nochmals unterkühlt und zwar durch das aus der Tief- kühlstufe 212 austretende und in der Saugdruckleitung 224 geführte expandierte Kältemittel. In addition, a subcooler 226 is preferably also provided in the suction pressure line 224 of the freezer compressor unit 212, which subcooles the refrigerant supplied via the liquid line 48 to the freezer stage 212 again before it enters the freezer stage 212, specifically by means of the exiting from the freezer stage 212 and Expanded refrigerants carried in the suction pressure line 224.
Im Zusammenhang mit dem dritten, vierten und fünften Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 14, 15 und 16 der erfindungsgemäßen Lösung wurde das Vorhandensein des Zwischendrucksammlers 44 beschrieben und auch die Zuführung des Zusatzmassenstroms Z über das Expansionsorgan 54 zur Saugdruckleitung 74 sowie die Regelung der Temperatur des Hauptmassen- stroms H. In connection with the third, fourth and fifth exemplary embodiment according to FIGS. 14, 15 and 16 of the solution according to the invention, the presence of the intermediate pressure collector 44 was described and also the supply of the additional mass flow Z via the expansion element 54 to the suction pressure line 74 and the regulation of the temperature of the main masses - current H.
Diese Regelung der Temperatur des Hauptmassenstroms H umfasst die Regelung eines Zwischendrucks PM in dem Zwischendrucksammler 44 mittels des Expansionsorgans 54, das in diesem Fall über eine Zwischendruck- steuerung 55 ansteuerbar ist. This regulation of the temperature of the main mass flow H comprises the regulation of an intermediate pressure PM in the intermediate pressure collector 44 by means of the expansion element 54, which in this case can be controlled via an intermediate pressure control 55.
Grundsätzlich wäre es bei dem dritten, vierten und fünften Ausführungs- beispiel gemäß den Fig. 14, 15 und 16 möglich, einerseits den Hochdruck PH2 in der Hochdruckableitung mittels der Steuerungen 132 und/oder 138 gemäß einem optimalen Betrieb der Expansionseinheit 32 bei der jeweiligen Temperatur des Kältemittels in der Hochdruckableitung 28 und beispielsweise der jeweiligen Außentemperatur zu steuern und mit der Zwischendruck- steuerung 55 lediglich einen konstanten Zwischendruck PM in dem Zwischen- drucksammler 44 festzulegen. In principle, in the third, fourth and fifth exemplary embodiment according to FIGS. 14, 15 and 16 it would be possible, on the one hand, for the high pressure PH2 in the high-pressure discharge line to be operated by means of the controls 132 and / or 138 in accordance with an optimal operation of the expansion unit 32 with the respective one To control the temperature of the refrigerant in the high-pressure line 28 and, for example, the respective outside temperature, and to use the intermediate pressure controller 55 to merely define a constant intermediate pressure PM in the intermediate pressure collector 44.
Die Effizienzsteigerung des Kältemittelkreislaufs kann dabei durch die eingangs erwähnte Erfassung des Eingangsdrucks EP der Kompressorstufe 88 mittels der Steuerungen 132, 138 erfolgen. The increase in efficiency of the refrigerant circuit can be achieved by the above-mentioned detection of the inlet pressure EP of the compressor stage 88 by means of the controls 132, 138.
Der erfindungsgemäße Kältemittelkreislauf 10 lässt sich jedoch auch dadurch hinsichtlich des erreichbaren COP, das heißt des Verhältnisses von Kühl- leistung zur eingesetzten mechanischen Leistung, insbesondere im Sommer betrieb, und hinsichtlich der Erweiterung des Funktionsbetriebs der However, the refrigerant circuit 10 according to the invention can also be operated with regard to the achievable COP, that is to say the ratio of cooling power to the mechanical power used, in particular in summer, and with regard to the expansion of the functional operation of the
Expansionskompressionseinheit, insbesondere im Winterbetrieb, optimieren, dass eine zusätzliche betriebszustandsbedingte Regelung des Zwischendrucks PM erfolgt, der sich auf den Eingangsdruck EP der Kompressorstufe 88 aufgrund der Volumenverhältnisse der Expansionskompressionseinheit 84 auswirkt. Optimize the expansion compression unit, particularly in winter operation, so that an additional operating condition-related regulation of the intermediate pressure PM takes place, which affects the inlet pressure EP of the compressor stage 88 on the basis of the volume ratios of the expansion compression unit 84.
Bei dieser betriebszustandsbedingten Regelung des Zwischendrucks PM erfolgt zum Beispiel mittels der Zwischendrucksteuerung 55 und des Expansions- organs 54 eine Regelung des Zwischendrucks PM auf einen Druckwert, der sich einerseits aus einem in der Regel einmalig festgelegten Grundwert und betriebszustandsbedingt variierenden Zuschlagswerten zu diesem Grundwert ergibt. In this operating state-related regulation of the intermediate pressure PM, the intermediate pressure PM is regulated, for example, by means of the intermediate pressure controller 55 and the expansion element 54 to a pressure value which, on the one hand, results from a basic value, which is generally defined once, and supplementary values for this basic value which vary depending on the operating state.
Beispielsweise liegt der Grundwert bei CO2 als Kältemittel im Bereich von 30 bar bis 45 bar, so dass ein Wert aus diesem Bereich, beispielsweise 35 bar, als Grundwert festgelegt wird, und die Zuschlagswerte weisen bei CO2 als Kältemittel Beträge auf, die im Bereich von 0,5 bar bis 7 bar liegen. Die Zuschlagswerte könnten prinzipiell feste Werte aus dem für diese vorgesehenen Bereich der Zuschlagswerte sein, besonders günstig ist es jedoch, wenn die Zuschlagswerte innerhalb dieses vorgesehenen Bereichs betriebszustandsbedingt variieren. For example, the basic value for CO2 as a refrigerant is in the range of 30 bar to 45 bar, so that a value from this range, for example 35 bar, is specified as the basic value, and the additional values for CO2 as refrigerant are in the range of 0 , 5 bar to 7 bar. The surcharge values could in principle be fixed values from the range of surcharge values provided for them, but it is particularly favorable if the surcharge values vary within this range due to the operating state.
Darüber hinaus erfolgt vorzugsweise eine Differenzierung zwischen Sommer betrieb und Winterbetrieb, wobei die Zuschlagswerte bei Sommerbetrieb positive Werte aufweisen und bei Winterbetrieb negative Werte, so dass die Werte beispielsweise bei CO2 als Kältemittel bei Sommerbetrieb im Bereich von 0,5 bar bis 7 bar liegen und bei Winterbetrieb im Bereich von -0,5 bar bis -7 bar liegen. In addition, there is preferably a differentiation between summer operation and winter operation, the additional values having positive values in summer operation and negative values in winter operation, so that the values for CO2 as refrigerant in summer operation are in the range from 0.5 bar to 7 bar and at Winter operation is in the range of -0.5 bar to -7 bar.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Größe der Zuschlagswerte von den im Regelbereich des Hochdrucks PH2 liegenden Werten abhängig sind und daher abhängig von den Werten des Hochdrucks PH2 variieren. It is particularly advantageous if the size of the additional values are dependent on the values lying in the control range of the high pressure PH2 and therefore vary depending on the values of the high pressure PH2.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Zuschlagswerte bei hohen Werten des Hochdrucks größer sind als bei niedrigen Werten des Hochdrucks. In particular, it is provided that the additional values are higher for high values of the high pressure than for low values of the high pressure.
So ergeben sich beispielsweise im Fall von CO2 als Kältemittel bei Sommer betrieb Zuschlagswerte im Bereich von +0,5 bar bis +3 bar, sofern der Hoch- druck PH2 Werte im Bereich von 75 bar bis 80 bar aufweist, und Zuschlags- werte im Bereich von +3 bar bis +7 bar, sofern der Hochdruck PH2 Werte im Bereich größer 80 bar, vorzugsweise Werte von größer 80 bar bis 120 bar, aufweist. For example, in the case of CO2 as a refrigerant during summer operation, there are additional values in the range from +0.5 bar to +3 bar, provided the high pressure PH2 has values in the range from 75 bar to 80 bar, and additional values in the range from +3 bar to +7 bar, provided the high pressure PH2 has values in the range greater than 80 bar, preferably values greater than 80 bar to 120 bar.
Beispielsweise wird im Sommerbetrieb bei einem Hochdruck PH2 im Bereich von 80 bar ein Zuschlagswert im Bereich von 3 bar verwendet, während bei einem Hochdruck PH2 im Bereich von 90 bar ein Zuschlagswert im Bereich von 5 bar verwendet wird. In gleicher Weise liegen die Zuschlagswerte für Winterbetrieb beispielsweise im Bereich von -0,5 bar bis -3 bar, sofern der Hochdruck PH2 bei Werten im Bereich von 55 bar bis 65 bar liegt und die Zuschlagswerte liegen im Bereich von -3 bar bis -5 bar, sofern der Hochdruck PH2 bei Werten kleiner 50 bar bis 40 bar liegt. For example, in summer operation an additional value in the range of 3 bar is used for a high pressure PH2 in the range of 80 bar, while an additional value in the range of 5 bar is used for high pressure PH2 in the range of 90 bar. In the same way, the additional values for winter operation are, for example, in the range from -0.5 bar to -3 bar, provided the high pressure PH2 is in the range from 55 bar to 65 bar and the additional values are in the range from -3 bar to -5 bar, provided the high pressure PH2 is below 50 bar to 40 bar.
Insbesondere wird bei Winterbetrieb beispielsweise bei einem Hochdruck PH2 im Bereich von 60 bar ein Zuschlagswert im Bereich von -3 bar verwendet und bei einem Hochdruck im Bereich von 50 bar ein Zuschlagswert im Bereich von -5 bar verwendet. In winter operation, in particular, an additional value in the range of -3 bar is used for a high pressure PH2 in the range of 60 bar and an additional value in the range of -5 bar is used for high pressure in the range of 50 bar.
Bei den vorstehend genannten Beispielen für Sommerbetrieb und Winter- betrieb ist der Grundwert vorzugsweise stets derselbe. In the examples of summer operation and winter operation mentioned above, the basic value is preferably always the same.
Die vorstehende Steuerung des Zwischendrucks PM hat somit zusammen fassend folgende Konsequenzen : The above control of the intermediate pressure PM thus has the following consequences in summary:
Durch Veränderung des Zwischendrucks PM ändert sich der Eingangsdruck EP an der Kompressorstufe 88 und damit eine Unterkühlerleistung der Unter- kühlungseinheit 102. By changing the intermediate pressure PM, the inlet pressure EP changes at the compressor stage 88 and thus a subcooler output of the subcooling unit 102.
Wird der Zwischendruck PM erhöht, steigt der Eingangsdruck EP an der Kompressorstufe 88 an und damit wird der Unterkühlungsmassenstrom UM und somit die Unterkühlerleistung der Unterkühlungseinheit 102 erhöht, so dass auch der COP ansteigt. If the intermediate pressure PM is increased, the inlet pressure EP at the compressor stage 88 increases and thus the subcooling mass flow UM and thus the subcooling power of the subcooling unit 102 are increased, so that the COP also increases.
Wird der Zwischendruck PM abgesenkt sinkt auch der Eingangsdruck EP an der Kompressorstufe 88. Die Druckdifferenz an der Expanderstufe 86 wird jedoch vergrößert und damit wird auch der Funktionsbereich der Expansions- kompressionseinheit 84 vergrößert. Bei einer alternativen Lösung gemäß Fig. 16 ist vorgesehen, dass die If the intermediate pressure PM is reduced, the inlet pressure EP at the compressor stage 88 also drops. However, the pressure difference at the expander stage 86 is increased and thus the functional range of the expansion compression unit 84 is also increased. In an alternative solution according to FIG. 16 it is provided that the
Zwischendrucksteuerung 55 die Größen, insbesondere die Temperatur und/oder den Druck des Gesamtmassenstroms G in der Hochdruckableitung 28 sowie die Größe des Eingangsdrucks EP der Kompressorstufe 88 erfasst und abhängig davon den Zwischendruck PM steuert, um auf einen für die erfassten Größen geeigneten vorgegebenen und beispielsweise in der Intermediate pressure control 55 detects the variables, in particular the temperature and / or the pressure of the total mass flow G in the high pressure discharge line 28 and the variable of the inlet pressure EP of the compressor stage 88, and controls the intermediate pressure PM as a function thereof in order to adjust to a predefined and suitable one for the detected variables, for example in the
Zwischendrucksteuerung 55 eingespeicherten Wert des Eingangsdrucks EP zu regeln. Intermediate pressure controller 55 to regulate stored value of the input pressure EP.
Alle Verdichtereinheiten können beliebige Verdichter oder Kombinationen von Verdichtern (parallel, in Serie, mehrstufig) sein. All compressor units can be any compressor or combination of compressors (parallel, in series, multi-stage).
Ebenso kann einer oder mehrere der Verdichter mit einer Leistungsregelung versehen sein, welche durch Abschaltung von Verdichtern, durch mechanische Leistungsregelung (beispielsweise Abschalten, insbesondere zyklisches Abschalten von Teilen (Zylinderbänken) eines Verdichters) oder Likewise, one or more of the compressors can be provided with a power control, which is carried out by switching off compressors, by mechanical power control (for example switching off, in particular cyclical switching off of parts (cylinder banks) of a compressor) or
Drehzahlregelung des Verdichters erfolgen kann. Speed control of the compressor can be done.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Kältemittelkreislauf (10), umfassend mindestens einen Kältemittel- verdichter (12), welcher an einem Sauganschluss (14) zugeführtes Kältemittel auf Hochdruck (PHI) verdichtet, so dass an einem Druck- anschluss ein auf Hochdruck (PHI) verdichteter Verdichtermassen- strom (V) des Kältemittels austritt, 1. refrigerant circuit (10), comprising at least one refrigerant compressor (12), which compresses refrigerant supplied to a suction connection (14) to high pressure (PHI), so that at a pressure connection, a compressor mass flow compressed to high pressure (PHI) (V) of the refrigerant leaks,
mindestens einen hochdruckseitigen wärmeabgebenden Wärme übertrager (22) mit einem Eingang (24), welchem der Kältemittel- kreislauf (10) den Verdichtermassenstrom (V) zuführt, und mit einem Ausgang (26), aus welchem ein gekühlter Gesamtmassenstrom (G) von Kältemittel austritt,  at least one high-pressure heat-emitting heat exchanger (22) with an inlet (24) to which the refrigerant circuit (10) feeds the compressor mass flow (V) and with an outlet (26) from which a cooled total mass flow (G) of refrigerant emerges .
mindestens eine Expansionseinheit (32), umfassend eine einen Expander (86) und eine Kompressorstufe (88) aufweisende  at least one expansion unit (32) comprising an expander (86) and a compressor stage (88)
Expansionskompressionseinheit (84), welche einen vom Kältemittel- kreislauf (10) in Richtung des Sauganschlusses (14) des Kältemittel- verdichters (14) geführten Expansionsmassenstrom (EM) des  Expansion compression unit (84), which carries an expansion mass flow (EM) of the refrigerant circuit (10) in the direction of the suction connection (14) of the refrigerant compressor (14)
Gesamtmassenstroms (G) von Hochdruck (PH2) ausgehend auf einen Expansionsdruck (PE) expandiert, und mindestens eine Kühlstufe (62) mit mindestens einem wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager (64), welchem der Kältemittelkreislauf (10) einen von dem von der  Total mass flow (G) from high pressure (PH2) expanding to an expansion pressure (PE), and at least one cooling stage (62) with at least one heat-absorbing heat exchanger (64), which the refrigerant circuit (10) one of that of the
Expansionseinheit (32) expandierten Expansionsdruckmassenstrom (EM) umfassen Hauptmassenstrom (H) zuführt, und  Expansion unit (32) expanded expansion pressure mass flow (EM) include main mass flow (H) supplies, and
welchen der Kältemittelkreislauf (10) nach Verlassen der Kühlstufe (62) dem Sauganschluss (14) des Kältemittelverdichters (12) zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kältemittelkreislauf (10) eine Notbetriebseinheit (230) zugeordnet ist, welche eine die  which the refrigerant circuit (10) supplies to the suction connection (14) of the refrigerant compressor (12) after leaving the cooling stage (62), characterized in that the refrigerant circuit (10) is assigned an emergency operating unit (230), which is one of the
Expansionskompressionseinheit (84) umgehende Umgehungsleitung (234) umfasst und welcher mindestens ein Expansionselement (232, 122) funktionell zugeordnet ist, und dass die Notbetriebseinheit (230) im Fall einer Störung, insbesondere einer Expansionsstörung, der Expansionskompressions- einheit (84) von einem inaktiven Zustand in einen aktiven Zustand übergeht, in welchem diese durch Expansion des unter Hochdruck stehenden Kältemittels mittels des Expansionselements (232, 122) einen Notexpansionsmassenstrom (NEPM) zum Betreiben der Kühlstufe (62) erzeugt, welchen die Umgehungsleitung (234) dem Kältemittel- kreislauf (10) zur Weiterleitung zur Kühlstufe (62) zuführt. Expansion compression unit (84) comprises bypass line (234) and which is functionally assigned to at least one expansion element (232, 122) and that the emergency operating unit (230) in the event of a fault, in particular an expansion disturbance, the expansion compression unit (84) changes from an inactive state to an active state in which it expands the high-pressure refrigerant by means of the expansion element (232, 122) an emergency expansion mass flow (NEPM) to operate the cooling stage (62 ) which the bypass line (234) supplies to the refrigerant circuit (10) for forwarding to the cooling stage (62).
2. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsleitung (234) der Notbetriebseinheit (230) den 2. Refrigerant circuit according to claim 1, characterized in that the bypass line (234) of the emergency operating unit (230)
Notexpansionsmassenstrom (NEPM) einer den Expansionsdruck- massenstrom (EPM) aufnehmenden Expansionsleitung (42) des  Emergency expansion mass flow (NEPM) of an expansion line (42) of the expansion pressure mass flow (EPM)
Kältemittelkreislaufs (10) direkt oder indirekt zuführt.  Refrigerant circuit (10) feeds directly or indirectly.
3. Kältemittelkreislauf nach einem der voranstehenden Ansprüche, 3. refrigerant circuit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsleitung (234) den Notexpansionsmassenstrom (NEPM) einer im Normalbetrieb des Kältemittelkreislaufs (10) der den auf Expansionsdruck (PE)  characterized in that the bypass line (234) the emergency expansion mass flow (NEPM) one in normal operation of the refrigerant circuit (10) that the expansion pressure (PE)
vorliegenden Expansionsdruckmassenstrom (EPM) führenden Leitung des Kältemittelkreislaufs (10) zuführt.  existing expansion pressure mass flow (EPM) leading line of the refrigerant circuit (10) supplies.
4. Kältemittelkreislauf nach einem der voranstehenden Ansprüche, 4. refrigerant circuit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Notbetriebseinheit (230) eine Expansionsstörung der Expansionskompressionseinheit (84) erfasst.  characterized in that the emergency operating unit (230) detects an expansion disturbance of the expansion compression unit (84).
5. Kältemittelkreislauf (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Notbetriebseinheit (230) einen Hochdruck (PH2) des aus dem Ausgang (26) des Wärmeübertragers (22) austretenden Gesamtmassenstroms (G) oder des Expansions- massenstroms (EM) vor dessen Eintritt in den Expander (86) erfasst. 5. Refrigerant circuit (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the emergency operating unit (230) a high pressure (PH2) of the total mass flow (G) emerging from the outlet (26) of the heat exchanger (22) or the expansion mass flow (EM ) before entering the expander (86).
6. Kältemittelkreislauf nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Notbetriebseinheit (230) eine Druckdifferenz zwischen dem Hochdruck (PH2) des Gesamtmassen- stroms (G) oder des Expansionsmassenstroms (EM) vor dessen Eintritt in den Expander (86) und einem auf Expansionsdruck (PE) liegenden Leitungsabschnitt (42) des Kältemittelkreislaufs (10) erfasst. 6. Refrigerant circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the emergency operating unit (230) has a pressure difference between the high pressure (PH2) of the total mass flow (G) or the expansion mass flow (EM) before it enters the expander (86) and one line section (42) of the refrigerant circuit (10) located at expansion pressure (PE).
7. Kältemittelkreislauf (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Notbetriebseinheit (230) einen Hochdruck des Gesamtmassenstroms (G) oder des Expansionsmassen- stroms (EM) vor dessen Eintritt in den Expander (86) hinsichtlich seines Absolutwerts erfasst. 7. Refrigerant circuit (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the emergency operating unit (230) detects a high pressure of the total mass flow (G) or the expansion mass flow (EM) before it enters the expander (86) with respect to its absolute value.
8. Kältemittelkreislauf (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Notbetriebseinheit (230) den Hoch- druck des Gesamtmassenstroms (G) oder des Expansionsmassen- stroms (EM) vor dessen Eintritt in den Expander (86) mit einem 8. refrigerant circuit (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the emergency operating unit (230) the high pressure of the total mass flow (G) or the expansion mass flow (EM) before it enters the expander (86) with a
Referenzhochdruck vergleicht.  Compares reference high pressure.
9. Kältemittelkreislauf nach einem der voranstehenden Ansprüche, 9. refrigerant circuit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Notbetriebseinheit (230) eine Steuerung (238) aufweist, die die Notbetriebseinheit (230) von dem inaktiven Zustand in den aktiven Zustand überführt.  characterized in that the emergency operating unit (230) has a controller (238) which transfers the emergency operating unit (230) from the inactive state to the active state.
10. Kältemittelkreislauf nach einem der voranstehenden Ansprüche, 10. refrigerant circuit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Notbetriebseinheit (230) mindestens ein Abschaltelement (235, 236, 237) zur Abschaltung der Expansions- kompressionseinheit (84) umfasst. characterized in that the emergency operating unit (230) comprises at least one switch-off element (235, 236, 237) for switching off the expansion compression unit (84).
11. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschaltelement (235, 236, 237) der Notbetriebseinheit (230) entweder vor einem Expandereingang (92) oder nach einem 11. Refrigerant circuit according to claim 10, characterized in that the shutdown element (235, 236, 237) of the emergency operating unit (230) either before an expander input (92) or after one
Expanderausgang (94) angeordnet ist.  Expander outlet (94) is arranged.
12. Kältemittelkreislauf nach einem der voranstehenden Ansprüche, 12. refrigerant circuit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Umgehungsleitung (234) der Notbetriebseinheit (230) ein Schaltelement (235, 237) vorgesehen ist, welches eine direkte oder indirekte Verbindung zwischen einem  characterized in that a switching element (235, 237) is provided in the bypass line (234) of the emergency operating unit (230) which provides a direct or indirect connection between a
Expansionsorgan (122) zur Erzeugung des Unterkühlungsmassenstrom (UM) der Expansionseinheit (32) und einem Expansionsdruck- ausgangsanschluss (36) der Expansionseinheit (32) herstellt.  Expansion device (122) for generating the supercooling mass flow (UM) of the expansion unit (32) and an expansion pressure outlet connection (36) of the expansion unit (32).
13. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement durch die Steuerung (238) der Notbetriebseinheit (230) ansteuerbar ist. 13. Refrigerant circuit according to claim 12, characterized in that the switching element can be controlled by the controller (238) of the emergency operating unit (230).
14. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement ein Schaltventil ist. 14. Refrigerant circuit according to claim 13, characterized in that the switching element is a switching valve.
15. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Schaltelement (235) ein 3/2 Wegeventil ist, welches entweder die Umgehungsleitung (234) oder einen Expanderausgang mit dem Expansionsdruckausgangsanschluss (36) verbindet. 15. The refrigerant circuit according to claim 12 or 13, characterized in that the switching element (235) is a 3/2 way valve, which connects either the bypass line (234) or an expander outlet to the expansion pressure outlet connection (36).
16. Kältemittelkreislauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (10) eine Pulsationsdämpfereinheit (260, 280) angeordnet ist. 16. Refrigerant circuit according to the preamble of claim 1 or according to one of the preceding claims, characterized in that a pulsation damper unit (260, 280) is arranged in the refrigerant circuit (10).
17. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsationsdämpfereinheit (260) ein eine Dämpferkammer (264) umschließendes Dämpfergehäuse (262) aufweist, in welcher sich mindestens eine Gasblase (266) aus Kältemittel ausbildet und dass die Gasblase (266) über eine zu einer Leitung (42, 28) des Kältemittel- kreislaufs (10) führende Pulsationsübertragungsleitung (272) 17. The refrigerant circuit according to claim 16, characterized in that the pulsation damper unit (260) has a damper housing (262) surrounding a damper chamber (264), in which at least one gas bubble (266) is formed from refrigerant and that the gas bubble (266) has a pulsation transmission line (272) leading to a line (42, 28) of the refrigerant circuit (10)
Pulsationen aufnimmt und dämpft.  Absorbs and dampens pulsations.
18. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasblase (266) über einem Kältemittelbad (268) steht. 18. Refrigerant circuit according to claim 17, characterized in that the gas bubble (266) is above a refrigerant bath (268).
19. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsationsdämpfereinheit (260) zum Aufrechterhalten der Gasblase (266) aus Kältemittel mit einer Beheizung (274) versehen ist. 19. The refrigerant circuit according to claim 18, characterized in that the pulsation damper unit (260) for maintaining the gas bubble (266) from refrigerant is provided with a heater (274).
20. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung (274) mit einem Wärmetransportkreislauf (276) gekoppelt ist, welcher auf einen Druck im Bereich von Hochdruck (PHI) verdichtetem Kältemittel im Kältemittelkreislauf (10) Wärme entzieht. 20. The refrigerant circuit according to claim 19, characterized in that the heating (274) is coupled to a heat transport circuit (276) which extracts heat in the refrigerant circuit (10) from compressed refrigerant in the region of high pressure (PHI).
21. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsationsdämpfereinheit (280) ein Dämpfergehäuse (282) mit einem in diesem bewegbaren Kolben (284) und zwei aufeinander gegenüberliegenden Seiten an den Kolben (284) angrenzende sowie durch den Kolben (204) voneinander gentrennte Kammern (286, 288) aufweist und dass in mindestens einer der Kammern (286, 288) sich eine Gasblase aus Kältemittel ausbildet. 21. The refrigerant circuit according to claim 16, characterized in that the pulsation damper unit (280) has a damper housing (282) with a piston (284) movable therein and two mutually opposite sides adjacent to the piston (284) and through the piston (204) from one another has separate chambers (286, 288) and that a gas bubble of refrigerant is formed in at least one of the chambers (286, 288).
22. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kammern (286, 288) jeweils mittels einer Pulsations- Übertragungsleitung (292, 294) mit unterschiedlichen Strömen von Kältemittel führenden Leitungen (28, 78, 28, 18) des Kältemittel- kreislaufs (10) verbunden ist. 22. Refrigerant circuit according to claim 21, characterized in that each of the chambers (286, 288) each by means of a pulsation transmission line (292, 294) with different flows of refrigerant lines (28, 78, 28, 18) of the refrigerant circuit (10) is connected.
23. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulsationsübertragungsleitung (294) mit einem Eingang (24) des wärmeabgebenden Wärmeübertragers (22) verbunden ist und die andere Pulsationsübertragungsleitung (292) mit einem Ausgang (26) des wärmeabgebenden Wärmeübertragers (22) verbunden ist. 23. The refrigerant circuit according to claim 22, characterized in that a pulsation transmission line (294) is connected to an input (24) of the heat-emitting heat exchanger (22) and the other pulsation transmission line (292) is connected to an output (26) of the heat-emitting heat exchanger (22) is.
24. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Pulsationsübertragungsleitung (272, 292, 294) über eine Drossel (302) mit dem Kältemittelkreislauf (10) gekoppelt ist. 24. Refrigerant circuit according to one of claims 21 to 23, characterized in that at least one pulsation transmission line (272, 292, 294) is coupled to the refrigerant circuit (10) via a throttle (302).
25. Kältemittelkreislauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Expansionseinheit (32) und der Kühlstufe (62) ein Zwischendrucksammler (44) angeordnet ist, in dessen Bad (46) sich eine Flüssigphase des Kältemittels sammelt und in dessen über dem Bad (46) stehendem Gasvolumen (52) sich eine Gasphase des Kältemittels sammelt. 25. The refrigerant circuit according to the preamble of claim 1 or one of the preceding claims, characterized in that an intermediate pressure collector (44) is arranged between the expansion unit (32) and the cooling stage (62), in the bath (46) of which a liquid phase of the Collects refrigerant and in the gas volume (52) above the bath (46) a gas phase of the refrigerant collects.
26. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Gasvolumen (52) des Zwischendrucksammlers (44) ein Zusatzmassenstrom (Z) abgeführt wird. 26. Refrigerant circuit according to claim 25, characterized in that an additional mass flow (Z) is removed from the gas volume (52) of the intermediate pressure collector (44).
27. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzmassenstrom (Z) über ein Expansionsorgan (54) der Saug- druckleitung (74) zugeführt wird. 27. The refrigerant circuit according to claim 26, characterized in that the additional mass flow (Z) is supplied to the suction pressure line (74) via an expansion element (54).
28. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Expansionsorgan (54) expandierte Zusatzmassenstrom (Z) einen zur Kühlstufe (62) geführten Hauptmassenstrom (H) in einem Wärmetauscher (58) kühlt. 28. Refrigerant circuit according to claim 27, characterized in that the additional mass flow (Z) expanded by the expansion element (54) cools a main mass flow (H) guided to the cooling stage (62) in a heat exchanger (58).
29. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch 29. Refrigerant circuit according to one of claims 25 to 28, characterized
gekennzeichnet, dass eine das Expansionsorgan (54) ansteuernde Zwischendrucksteuerung (55) den Druck und/oder die Temperatur des Gesamtmassenstroms (G) in der Hochdruckableitung (28) sowie den Eingangsdruck (EP) der Kompressorstufe (88) erfasst und den  characterized in that an intermediate pressure control (55) which controls the expansion element (54) detects the pressure and / or the temperature of the total mass flow (G) in the high pressure discharge line (28) and the inlet pressure (EP) of the compressor stage (88) and the
Zwischendruck (PM) so steuert, dass sich ein für die erfassten Größen geeigneter vorgegebener Wert des Eingangsdrucks (EP) einstellt.  Intermediate pressure (PM) controls in such a way that a predetermined value of the input pressure (EP), which is suitable for the detected variables, is set.
30. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch 30. Refrigerant circuit according to one of claims 25 to 28, characterized
gekennzeichnet, dass mittels einer das Expansionsorgan (54) ansteuernden Zwischendrucksteuerung (55) ein Zwischendruck (PM) im Zwischendrucksammler (44) auf einen Druckwert geregelt wird, der sich aus einem Grundwert, beispielsweise einen Wert im Bereich von 30 bar bis 45 bar, und Zuschlagswerten mit Beträgen, beispielsweise im Bereich von 0,5 bar bis 7 bar, von der Zwischendrucksteuerung (55) ermittelt wird.  characterized in that an intermediate pressure (PM) in the intermediate pressure collector (44) is regulated to a pressure value which is derived from a basic value, for example a value in the range from 30 bar to 45 bar, and by means of an intermediate pressure control (55) which controls the expansion element (54) Additional values with amounts, for example in the range from 0.5 bar to 7 bar, are determined by the intermediate pressure controller (55).
31. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschlagswerte bei Sommerbetrieb positive Werte und bei Winter- betrieb negative Werte aufweisen. 31. The refrigerant circuit according to claim 30, characterized in that the additional values have positive values in summer operation and negative values in winter operation.
32. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Größe der Zuschlagswerte von den bei Regelung des Hochdrucks sich einstellenden Werten des Hochdrucks abhängig ist. 32. The refrigerant circuit according to claim 30 or 31, characterized in that the size of the additional values is dependent on the values of the high pressure which result when the high pressure is regulated.
33. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass im Sommerbetrieb die Zuschlagswerte bei hohen Werten des Hoch- druck (PH2) größer sind als bei niedrigen Werten des Hochdrucks (PH2). 33. The refrigerant circuit according to claim 32, characterized in that in summer operation the additional values are higher at high values of high pressure (PH2) than at low values of high pressure (PH2).
34. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekenn- zeichnet, dass im Winterbetrieb die Zuschlagswerte bei hohen Werten des Hochdrucks (PH2) kleiner sind als bei niedrigen Werten des Hoch- drucks (PH2). 34. Refrigerant circuit according to claim 32 or 33, characterized in that in winter operation the additional values at high values of the high pressure (PH2) are smaller than at low values of the high pressure (PH2).
35. Kältemittelkreislauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinheit (32) ein Expansionssystem (30) umfasst, welches eine Unterkühlungseinheit (102) zum Unterkühlen des der Expansionseinheit (32) zugeführten Gesamtmassenstroms des 35. Refrigerant circuit according to the preamble of claim 1 or according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion unit (32) comprises an expansion system (30) which has a supercooling unit (102) for subcooling the total mass flow of the expansion unit (32)
Kältemittels aufweist, die Expansionskompressionseinheit (84) umfassend den Expander (86) und der Kompressorstufe (88), eine Verzweigung (116), welche von dem der Expansionseinheit (32) zugeführten Gesamtmassenstrom (G) einen Unterkühlungs- massenstrom (UM) abzweigt und mit einer Zuleitung (126) verbunden ist, aufweist, die den Unterkühlungsmassenstrom (UM) zu einem Eingang (112) der Unterkühlungseinheit (102) führt, ein in der  Refrigerant, the expansion compression unit (84) comprising the expander (86) and the compressor stage (88), a branch (116) which branches off from the total mass flow (G) supplied to the expansion unit (32) and a supercooling mass flow (UM) a supply line (126) is connected, which leads the subcooling mass flow (UM) to an input (112) of the subcooling unit (102), a in the
Zuleitung (126) vorgesehenes Expansionsorgan (122, 124) aufweist, welches den Unterkühlungsmassenstrom (UM) auf einen Unter- kühlungsdruck (PU) expandiert, und eine Verbindungsleitung (128) aufweist, welche den aus der Unterkühlungseinheit (102) austretenden Unterkühlungsmassenstrom (U) der Kompressorstufe (88) zuführt, der seinerseits den Unterkühlungsmassenstrom (U) auf einen Rück- führungshochdruck (PR) verdichtet, der mindestens einem Hochdruck (PHI) des Verdichtermassenstroms (V) entspricht, dem der Unter- kühlungsmassenstrom (U) zugeführt wird. Has supply line (126) provided expansion member (122, 124), which expands the subcooling mass flow (UM) to a subcooling pressure (PU), and has a connecting line (128), which exits the subcooling mass flow (U) from the subcooling unit (102) to the compressor stage (88), which in turn compresses the supercooling mass flow (U) to a recirculation high pressure (PR) which corresponds to at least one high pressure (PHI) of the compressor mass flow (V) to which the subcooling mass flow (U) is supplied.
36. Kältemittelkreislauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (10) eine elektrisch arbeitende Steuerung (132, 138) aufweist, welche mindestens eine der folgenden Größen wie: eine Umgebungstemperatur, eine Temperatur des der 36. Refrigerant circuit according to the preamble of claim 1 or according to one of the preceding claims, characterized in that the refrigerant circuit (10) has an electrically operating control (132, 138), which has at least one of the following variables such as: an ambient temperature, a temperature of the
Expansionseinheit (32) und/oder der Expanderstufe (86) zugeführten Massenstroms des Kältemittels und einen Eingangsdruck (EP) der Kompressorstufe (88), erfasst und entsprechend dieser Temperatur und/oder gegebenenfalls dieses Eingangsdrucks (EP) der Kompressor- stufe (88) einen Eingangsdruck der Expansionseinheit (32) oder der Expanderstufe (84) und/oder gegebenenfalls einen Eingangsdruck (EP) der Kompressorstufe (88) durch Steuerung des Unterkühlungsmassen- stroms (UM) mittels des von der Steuerung (132, 138) elektrisch angesteuerten Expansionsorgans (122) einstellt.  Expansion unit (32) and / or the expander stage (86) supplied mass flow of the refrigerant and an inlet pressure (EP) of the compressor stage (88), detected and one corresponding to this temperature and / or, if applicable, this inlet pressure (EP) of the compressor stage (88) Inlet pressure of the expansion unit (32) or the expander stage (84) and / or, if applicable, an inlet pressure (EP) of the compressor stage (88) by controlling the supercooling mass flow (UM) by means of the expansion member (122) which is electrically controlled by the controller (132, 138) ) sets.
37. Kältemittelkreislauf nach einem der voranstehenden Ansprüche, 37. refrigerant circuit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (132, 138) die  characterized in that the controller (132, 138) the
Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur des Massenstroms des Kältemittels vor einem Eingang (104) der Unterkühlungseinheit (102) und/oder vor einem Expandereingang (92) mittels eines Sensors (134) misst.  Measures ambient temperature and / or the temperature of the mass flow of the refrigerant in front of an inlet (104) of the supercooling unit (102) and / or in front of an expander inlet (92) by means of a sensor (134).
38. Kältemittelkreislauf nach einem der voranstehenden Ansprüche, 38. refrigerant circuit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (132, 138) eine  characterized in that the controller (132, 138) a
elektronische, einen Prozessor umfassende Steuerung (132, 138) ist, die mittels eines Steuerprogramms das Expansionsorgan (122) elektrisch ansteuert.  is an electronic controller (132, 138) comprising a processor, which controls the expansion element (122) electrically by means of a control program.
39. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzweigung (116) zwischen der Unterkühlungseinheit (102) und der Expansionskompressionseinheit (84) angeordnet ist und nach der Unterkühlungseinheit (102) von dem Gesamtmassenstrom (G) den Unterkühlungsmassenstrom (U) abzweigt. 39. Refrigerant circuit according to claim 35 to 38, characterized in that the branch (116) is arranged between the supercooling unit (102) and the expansion compression unit (84) and after the subcooling unit (102) of the total mass flow (G) the subcooling mass flow (U) branches.
40. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkühlungseinheit (102) als Wärme- Übertrager ausgebildet ist und den zum Expander (86) strömenden Massenstrom des Kältemittels durch den im Gegenstrom durch diese geführten Unterkühlungsmassenstrom U kühlt. 40. Refrigerant circuit according to one of claims 35 to 39, characterized in that the subcooling unit (102) is designed as a heat exchanger and cools the mass flow of refrigerant flowing to the expander (86) by the subcooling mass flow U conducted in countercurrent through it.
41. Kältemittelkreislauf nach einem der voranstehenden Ansprüche, 41. Refrigerant circuit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (86) und die Kompressor- stufe (88) der Expansionskompressionseinheit (84) mechanisch funktionell gekoppelt sind.  characterized in that the expander (86) and the compressor stage (88) of the expansion compression unit (84) are mechanically functionally coupled.
42. Kältemittelkreislauf nach einem der voranstehenden Ansprüche, 42. Refrigerant circuit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (86) und die Kompressor- stufe (88) durch eine Freikolbenmaschine gebildet sind, in welcher mindestens ein Freikolben (152, 154) in einer Kolbenkammer (144, 146) frei bewegbar ist.  characterized in that the expander (86) and the compressor stage (88) are formed by a free piston machine in which at least one free piston (152, 154) is freely movable in a piston chamber (144, 146).
43. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionskompressionseinheit (84) zwei Kolbenkammern (144, 146) aufweist, in denen jeweils ein Freikolben (152, 154) bewegbar ist. 43. The refrigerant circuit according to claim 42, characterized in that the expansion compression unit (84) has two piston chambers (144, 146), in each of which a free piston (152, 154) is movable.
PCT/EP2018/070919 2018-08-01 2018-08-01 Refrigerant circuit WO2020025135A1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2018/070919 WO2020025135A1 (en) 2018-08-01 2018-08-01 Refrigerant circuit
EP18750160.6A EP3830499A1 (en) 2018-08-01 2018-08-01 Refrigerant circuit
PCT/EP2019/070823 WO2020025770A2 (en) 2018-08-01 2019-08-01 Refrigerant circuit
EP19746487.8A EP3830500A2 (en) 2018-08-01 2019-08-01 Coolant circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2018/070919 WO2020025135A1 (en) 2018-08-01 2018-08-01 Refrigerant circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020025135A1 true WO2020025135A1 (en) 2020-02-06

Family

ID=63108558

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/070919 WO2020025135A1 (en) 2018-08-01 2018-08-01 Refrigerant circuit
PCT/EP2019/070823 WO2020025770A2 (en) 2018-08-01 2019-08-01 Refrigerant circuit

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/070823 WO2020025770A2 (en) 2018-08-01 2019-08-01 Refrigerant circuit

Country Status (2)

Country Link
EP (2) EP3830499A1 (en)
WO (2) WO2020025135A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113865133B (en) * 2021-09-17 2022-08-23 珠海格力电器股份有限公司 Air conditioning system and control method thereof

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007111595A1 (en) * 2006-03-27 2007-10-04 Carrier Corporation Refrigerating system with parallel staged economizer circuits discharging to interstage pressures of a main compressor
WO2010113158A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Linum Systems, Ltd. Waste heat air conditioning system
EP2244037A1 (en) * 2008-02-20 2010-10-27 Panasonic Corporation Refrigeration cycle device
EP2439466A1 (en) * 2009-06-02 2012-04-11 Mitsubishi Electric Corporation Refrigerating cycle device
WO2013091899A2 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Gea Bock Gmbh Compressor
EP3056744A1 (en) * 2013-11-11 2016-08-17 Mayekawa Mfg. Co., Ltd. Expander-integrated compressor, freezer, and freezer operation method
US20170174049A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-22 Ford Global Technologies, Llc Dynamically controlled vapor compression cooling system with centrifugal compressor

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8327651B2 (en) * 2009-07-07 2012-12-11 Hamilton Sundstrand Corporation Transcritical fluid cooling for aerospace applications
DE102015214705A1 (en) * 2015-07-31 2017-02-02 Technische Universität Dresden Apparatus and method for performing a cold vapor process

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007111595A1 (en) * 2006-03-27 2007-10-04 Carrier Corporation Refrigerating system with parallel staged economizer circuits discharging to interstage pressures of a main compressor
EP2244037A1 (en) * 2008-02-20 2010-10-27 Panasonic Corporation Refrigeration cycle device
WO2010113158A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Linum Systems, Ltd. Waste heat air conditioning system
EP2439466A1 (en) * 2009-06-02 2012-04-11 Mitsubishi Electric Corporation Refrigerating cycle device
WO2013091899A2 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Gea Bock Gmbh Compressor
EP3056744A1 (en) * 2013-11-11 2016-08-17 Mayekawa Mfg. Co., Ltd. Expander-integrated compressor, freezer, and freezer operation method
US20170174049A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-22 Ford Global Technologies, Llc Dynamically controlled vapor compression cooling system with centrifugal compressor

Also Published As

Publication number Publication date
EP3830499A1 (en) 2021-06-09
EP3830500A2 (en) 2021-06-09
WO2020025770A2 (en) 2020-02-06
WO2020025770A3 (en) 2020-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011118162C5 (en) Combined refrigeration system and heat pump and method for operating the system with function-dependent refrigerant transfer within the refrigerant circuit
DE60314559T2 (en) Method for increasing the efficiency of a vapor compression arrangement by means of evaporator heating
EP1914491B1 (en) Refrigeration system
DE102006035784B4 (en) Refrigeration system for transcritical operation with economiser and low pressure collector
WO2009080154A2 (en) Method for recovering heat dissipated by an internal combustion engine
EP3595919B1 (en) Cooling system of a vehicle, comprising a coolant circuit which can be operated as a cooling circuit for an ac operation and as a heat pump circuit for a heating operation
DE102015112439A1 (en) refrigeration plant
WO2019007558A1 (en) Refrigeration system for a vehicle, comprising a refrigerant circuit having a heat exchanger, and heat exchanger for such a refrigeration system
DE102012208992B4 (en) Heating/cooling circuit for vehicles, especially for hybrid vehicles or purely electric vehicles
EP3099985B1 (en) Refrigeration plant
EP3574269B1 (en) Expansion unit for installation in a refrigerant circuit
WO2020025135A1 (en) Refrigerant circuit
DE102018112333A1 (en) Refrigerant circuit with an expansion-compression device and method for operating the refrigerant circuit
AT522875B1 (en) Method for controlling an expansion valve
DE102017101218A1 (en) VEHICLE INTERIOR AIR CONDITIONING AND BATTERY COOLING SYSTEM
DE202007017723U1 (en) Plant for refrigeration, heating or air conditioning, in particular refrigeration system
DE102007013485B4 (en) Process for controlling a CO2 refrigeration system with two-stage compression
DE202006014246U1 (en) Cold vapor refrigerating machine
DE102013204188A1 (en) Refrigerant circuit
DE102007045764A1 (en) Refrigerating cycle apparatus e.g. air conditioner for vehicle has evaporator which evaporates low voltage pressure refrigerant pressure-reduced by expansion valve
DE102004042887B3 (en) Air conditioning system of motor vehicle has temperature sensor which as actual temperature value transmitter is connected on inlet side to safety regulating and control unit to which on outlet side is connected actuating element
DE10338388B3 (en) Method for controlling an air conditioning system
EP3922930B1 (en) Compression cooling system and method for operating a compression cooling system
WO2014117924A2 (en) Method for operating a low-temperature power plant, and low-temperature power plant itself
WO2015110632A1 (en) Refrigeration plant

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18750160

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018750160

Country of ref document: EP

Effective date: 20210301