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WO2006015741A1 - Kältekreislauf und verfahren zum betreiben eines kältekreislaufes - Google Patents

Kältekreislauf und verfahren zum betreiben eines kältekreislaufes Download PDF

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WO2006015741A1
WO2006015741A1 PCT/EP2005/008255 EP2005008255W WO2006015741A1 WO 2006015741 A1 WO2006015741 A1 WO 2006015741A1 EP 2005008255 W EP2005008255 W EP 2005008255W WO 2006015741 A1 WO2006015741 A1 WO 2006015741A1
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WO
WIPO (PCT)
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refrigerant
collecting container
refrigeration circuit
connectable
circuit according
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2005/008255
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Gernemann
Bernd Heinbokel
Uwe Schierhorn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carrier Kaeltetechnik Deutschland GmbH
Original Assignee
Linde Kaeltetechnik 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.)
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Publication date
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Priority to EP05775838A priority patent/EP1789732B1/de
Priority to HK08100957.3A priority patent/HK1107395B/xx
Priority to EP10167202.0A priority patent/EP2244040B1/de
Priority to DK05775838.5T priority patent/DK1789732T3/da
Priority to AU2005270472A priority patent/AU2005270472B2/en
Priority to DE502005011164T priority patent/DE502005011164D1/de
Priority to AT05775838T priority patent/ATE503158T1/de
Priority to US11/659,926 priority patent/US8113008B2/en
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    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration cycle in which a one- or multi-component refrigerant! circulating, comprising a condenser in the flow direction, a collecting container, a, an evaporator upstream expansion device, an evaporator and a single-stage compressor unit.
  • the invention relates to a method for operating a Käiteniklaufes.
  • liquefier should be understood to mean both liquefier and gas cooler.
  • Composite refrigerators generally supply a variety of refrigerants, such as refrigerators, refrigerators and freezers. For this purpose circulates in them a one- or multi-component refrigerant or refrigerant mixture.
  • the circulating in the refrigeration cycle one- or multi-component refrigerant is in a condenser or gas cooler A - hereinafter referred to only as a condenser - which is usually outside the supermarket, for example, on the roof, arranged by heat exchange, preferably against outside air, condensed.
  • the refrigerant passes through the liquid line D to the cold consumers of the so-called Normalalkühlnikiilleres.
  • the consumers F and F ' shown in the figure 1 for any number of consumers of Normalalkühlnikiilleres.
  • Each of the aforementioned refrigeration consumers is preceded by an expansion valve E or E ', in which the refrigerant flowing into the refrigeration appliance or the evaporator (s) of the refrigeration consumer is depressurized.
  • the so-relaxed refrigerant is evaporated in the evaporators of the refrigerant consumers F and F and thus cools the corresponding refrigerated cabinets and rooms.
  • Refrigerant is then fed via the suction line G of the compressor unit H and compressed in this to the desired pressure between 10 and 25 bar
  • the compressor unit H is formed only one stage and has a plurality of parallel connected compressors.
  • the compressed in the compressor unit H refrigerant is then fed via the pressure line I in turn to the aforementioned condenser A.
  • a second liquid line D ' is the condenser C refrigerant supplied to the condenser K and evaporated in this heat exchange with the refrigerant of the still to be explained Tiefkühlniklaufes before it is fed via the line G' of the compressor unit H.
  • the liquefied in the condenser K refrigerant of the freezing circuit is supplied via line L to the collector M of the freezing circuit.
  • the refrigerant to the consumer P - this is for any number of consumers -, which is preceded by a relaxation device O, supplied and evaporated in this.
  • the suction line Q the vaporized refrigerant is fed to the single-stage or multi-stage compressor unit R, in this pressure compressed between 25 and 40 bar and then fed via the pressure line S to the aforementioned capacitor K.
  • R 404A As a refrigerant of the normal refrigeration cycle, for example, R 404A is used, while for the freezing cycle carbon dioxide is used.
  • the compressor units H and R shown in Figure 1, the collector C and M and the capacitor K are usually arranged in a separate machine room. However, about 80 to 90% of the entire pipeline network is located in the sales rooms, the storage areas or other areas of a supermarket accessible to employees and customers. As long as this line network operates at pressures of no more than 35 to 40 bar, this is acceptable to the supermarket operators both from a psychological point of view and for cost reasons.
  • Object of the present invention is to provide a generic refrigeration cycle and a method for operating a refrigeration cycle, which avoids the disadvantages mentioned.
  • a refrigeration cycle which is characterized in that between the condenser and the collecting container, an intermediate-expansion device is arranged.
  • HFC (s) HFC (s) or CO 2
  • the compressed in the compressor unit 6 to a pressure between 10 and 120 bar refrigerant is supplied via the pressure line 7 to the condenser or gas cooler 1 and condensed in this against outside air or deprived.
  • the refrigerant is supplied to the refrigerant collector 3, but now it is relaxed according to the invention in the intermediate expansion device a to an intermediate pressure of 5 to 40.
  • This intermediate relaxation offers the advantage that the downstream line network and the collector 3 only to a lower Pressure must be designed.
  • the pressure to which the refrigerant is expanded in the mentioned intermediate expansion device a is preferably chosen so that it is still below the lowest expected condensing pressure
  • the pressure line 7 is connected or connectable to the line or line sections 2 or 2 ', 2 "connecting the condenser 1 and the collecting container 3.
  • This connection between the collecting container 3 and the input of the compressor unit 6 can take place, for example, via a connecting line 12, which, as shown in FIG. 2, opens into the suction line 11.
  • the selected intermediate pressure can now be kept constant for all operating conditions.
  • a scheme such that a As a result, it is achieved that the proportion of throttle steam at the evaporators is comparatively small, with the result that the liquid and suction lines can be dimensioned correspondingly smaller. This also applies to the condensate line, since now no gaseous components have to flow through them back into the condenser 1.
  • the invention is thus also achieved that the required refrigerant charge can be reduced by up to about 30%.
  • refrigerant is withdrawn from the collector 3 and the refrigerant consumers or their heat exchangers E2 and E3 supplied. This is preceded by a respective expansion valve b and c, in which the refrigerant flowing into the refrigeration consumer is expanded.
  • the refrigerant evaporated in the refrigeration consumers E2 and E3 is then fed back to the compressor unit 6 via the suction line 5 or sucked out of the evaporators E2 and E3 by the latter.
  • a portion of the withdrawn from the collector 3 via line 4 refrigerant is fed via line 8 to one or more frozen consumers - represented by the heat exchanger E4 -, which is also preceded by an expansion valve d supplied.
  • this partial refrigerant flow is fed via the suction line 9 to the compressor unit 10 and compressed therein to the inlet pressure of the compressor unit 6.
  • the thus compressed refrigerant partial stream is then fed via line 11 to the input side of the compressor unit 6.
  • the heat exchanger E1 is preferably connected on the input side to the output of the condenser 1 or connectable.
  • a partial flow of the liquefied or desuperheated refrigerant can now be withdrawn from the condenser or gas cooler 1 or the line 2 via line 13, in which an expansion valve f is provided, and withdrawn in the heat exchanger Ei against the water enthitze ⁇ de, the heat exchanger E1 via line 2 'supplied refrigerant to be evaporated.
  • the vaporized refrigerant partial stream is then fed via line 14 to a compressor 6 ', which is associated with the above-described compressor unit 6 and which preferably sucks at a higher Druck ⁇ iveau, and are compressed in this to the desired final pressure of the compressor unit 6.
  • the refrigerant stream to be expanded in the intermediate expansion device a is preferably cooled to such an extent that the throttled vapor portion of the expanded refrigerant is minimized.
  • the resulting in the collector 3 throttle steam fractions can be sucked off via the line 12 and the dashed line 15 by means of the compressor 6 'at a higher pressure level.
  • FIG. 3 Shown in FIG. 3 is an embodiment of the invention
  • Refrigeration circuit or the inventive method for operating a refrigeration cycle in which the withdrawn from the reservoir 3 via the line 4 refrigerant is subjected in the heat exchanger E5 a subcooling.
  • the supercooling - according to an advantageous embodiment of the invention - in heat exchange with the withdrawn from the reservoir 3 via line 12 flash gas.
  • Liquid lines such as line 4 shown in FIGS. 2 and 3, with a temperature level below the ambient temperature are exposed to heat radiation. This has the consequence that the refrigerant flowing inside the liquid line partially evaporates, thus resulting in the formation of undesirable vapor contents. To prevent this, refrigerant so far either by an expansion of a partial flow of the refrigerant and subsequent evaporation or by an internal heat transfer against a suction gas stream, which is thereby overheated, subcooled.
  • the temperature interval between the suction and liquid line or the circulating refrigerant therein may be too low to realize an internal heat transfer for the required supercooling of the refrigerant flowing in the liquid line.
  • the invention further developing is therefore - as already mentioned - proposed to cool the withdrawn from the sump 3 via line 4 refrigerant in the heat exchanger and subcooler E5 against the relaxed from the sump 3 via line 12 and in the valve e flash gas. After passing through the heat exchanger or subcooler E5, the expanded and overheated in the heat exchanger E5 refrigerant via the line sections 12 'and 11 to the input of
  • Compressor unit 6 supplied. Due to the overheating of the withdrawn from the reservoir 3 via line 12 Flashgasstromes a sufficient subcooling of the refrigerant flowing in it is achieved in the liquid line 4; This supercooling of the refrigerant improves the regular operation of the expansion or injection valves b, c and d, which are upstream of the evaporators E2, E3 and E4.
  • the procedure described thus has the additional advantage that the reliability of the compressor or compressor unit 6 is increased due to a safe overheating of the flash gas stream.
  • FIGS. 4 and 5 show two further, mutually alternative embodiments of the refrigeration cycle of the invention and the inventive method for operating a refrigeration cycle.
  • FIGS. 2 and 3 show sections of the refrigeration circuit according to the invention shown in FIGS. 4 and 5.
  • the erfindu ⁇ gshacke further development of operating a refrigeration cycle is proposed that at least a partial flow of the flash gas withdrawn from the reservoir is at least temporarily overheated against at least a partial flow of the compressed refrigerant.
  • FIG 4 shows a possible embodiment of the method according to the invention, in which at least temporarily a partial flow of the withdrawn from the reservoir 3 via line 12 flash gas via line 16 to a heat exchanger E6 and overheated in this against the compressed in the compressor unit 6 refrigerant.
  • the flash gas stream to be overheated is overheated in the heat exchanger E6 against the entire refrigerant stream compressed in the compressor unit 6, which is supplied via line 7 to the condenser or desuperheater (not shown in FIG. 4).
  • the flash gas stream After passing through the heat exchanger / superheater E6, the flash gas stream is supplied via line 16 'to the inlet of the compressor 6 ' of the compressor unit 6.
  • the open valve g and the line 16 withdrawn flash gas stream is overheated in the heat exchanger E7 against the compressed refrigerant flow in the conduit 7.
  • the flash gas stream after passing through the heat exchanger E7, may be supplied to the compressor unit 6 in the form that one or more cylinders of the multi-cylinder compressors scavenge the flash gas at a higher pressure level.
  • the Ventii g valves x, y, and z can be provided

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kältekreislauf, in dem ein ein- oder mehrkomponentiges Kältemittel zirkuliert, aufweisend in Strömungsrichtung einen Verflüssiger, einen Sammelbehälter, eine, einem Verdampfer vorgeschaltete Entspannungsvorrichtung, einen Verdampfer und eine einstufig verdichtende Verdichtereinheit. Erfindungsgemäss ist zwischen dem Verflüssiger/ Gaskühler (1) und dem Sammelbehälter (3) eine Zwischen-Entspannungsvorrichtung (a) angeordnet. Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes offenbart, wobei erfindungsgemäss in der zwischen dem Verflüssiger (1) und dem Sammelbehälter (3) angeordneten Zwischen-Entspannungsvorrichtung (a) eine Entspannung des Kältemittels auf einen Druck von 5 bis 40 bar erfolgt.

Description

Beschreibung
Kältekreislauf und Verfahren zum Betreiben eines Käitekreislaufes
Die Erfindung betrifft einen Kältekreislauf, in dem ein ein- oder mehrkomponentiges Kältemitte! zirkuliert, aufweisend in Strömungsrichtung einen Verflüssiger, einen Sammelbehälter, eine, einem Verdampfer vorgeschaltete Entspannungsvorrichtung, einen Verdampfer und eine einstufig verdichtende Verdichtereinheit.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Käitekreislaufes.
Unter dem Begriff "Verflüssiger" seien sowohl Verflüssiger als auch Gaskühler zu verstehen.
Gattungsgemäße Kältekreisläufe sind hinlänglich bekannt. Sie werden beispielsweise in Kälteanlagen, so genannten Verbundkälteanlagen, wie sie in Supermärkten zur Anwendung kommen, realisiert. Verbundkälteanlagen versorgen dort im Allgemeinen eine Vielzahl von Kälteverbrauchem, wie etwa Kühlräume, Kühl- und Tiefkühlmöbel. Zu diesem Zweck zirkuliert in ihnen ein ein- oder mehrkomponentiges Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch.
Ein zum Stand der Technik zählender Kältekreislauf bzw. eine Kälteanlage, in der ein derartiger Kältekreislauf realisiert wird, sei anhand des in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Das in dem Kältekreislauf zirkulierende ein- oder mehrkomponentige Kältemittel wird in einem Verflüssiger bzw. Gaskühler A - nachfolgend nurmehr als Verflüssiger bezeichnet -, der im Regelfall außerhalb des Supermarktes, beispielsweise auf dessen Dach, angeordnet ist, durch Wärmetausch, vorzugsweise gegen Außenluft, kondensiert.
Das flüssige Kältemittel aus dem Verflüssiger A wird über Leitung B einem
(Kältemittel)Sammler C zugeführt. Innerhalb eines Kältekreislaufes muss immer soviel Kältemittel vorhanden sein, dass auch bei maximalem Kältebedarf die Verdampfer aller Kälteverbraucher gefüllt werden können. Da jedoch bei niedrigerem Kältebedarf einzelne Verdampfer nur teilweise gefüllt oder sogar vollständig leer sind, muss das überschüssige Kältemittel während dieser Zeiten in dem dafür vorgesehenen Sammler C aufgefangen werden.
Aus dem Sammler C gelangt das Kältemittel über die Flüssigkeitsleitung D zu den Kälteverbrauchern des so genannten Normalkühlkreisiaufes. Hierbei stehen die in der Figur 1 dargestellten Verbraucher F und F' für eine beliebige Anzahl von Verbrauchern des Normalkühlkreisiaufes. Jedem der vorgenannten Kälteverbraucher ist ein Expansionsventii E bzw. E' vorgeschaltet, in welchem das in den Kälteverbraucher bzw. den oder die Verdampfer des Kälteverbrauchers strömende Kältemittel entspannt wird. Das so entspannte Kältemittel wird in den Verdampfern der Kältemittelverbraucher F und F verdampft und kühlt so die entsprechenden Kühlmöbel und -räume.
Das in den Kälteverbrauchern F und F' des Normalkühlkreisiaufes verdampfte
Kältemittel wird anschließend über die Saugleitung G der Verdichtereinheit H zugeführt und in dieser auf den gewünschten Druck zwischen 10 und 25 bar verdichtet Im Regelfall ist die Verdichtereinheit H lediglich einstufig ausgebildet und weist mehrere parallel geschaltete Verdichter auf.
Das in der Verdichtereinheit H verdichtete Kältemittel wird anschließend über die Druckleitung I wiederum dem bereits erwähnten Verflüssiger A zugeführt.
Über eine zweite Flüssigkeitsleitung D' wird aus dem Sammler C Kältemittel dem Kondensator K zugeführt und in diesem im Wärmetausch gegen das Kältemittel des noch zu erläuternden Tiefkühlkreislaufes verdampft, bevor es über die Leitung G' der Verdichtereinheit H zugeführt wird.
Das in dem Kondensator K verflüssigte Kältemittel des Tiefkühlkreislaufes wird über Leitung L dem Sammler M des Tiefkühlkreislaufes zugeführt. Aus diesem wird über die Leitung N das Kältemittel dem Verbraucher P - dieser steht für eine beliebige Anzahl von Verbrauchern -, dem eine Entspannungsvorrichtung O vorgeschaltet ist, zugeführt und in diesem verdampft. Über die Saugleitung Q wird das verdampfte Kältemittel der ein- oder mehrstufigen Verdichtereinheit R zugeführt, in dieser auf einen Druck zwischen 25 und 40 bar verdichtet und anschließend über die Druckleitung S dem bereits erwähnten Kondensator K zugeführt.
Als Kältemittel des Normalkühlkreislaufes wird beispielsweise R 404A verwendet, während für den Tiefkühlkreislauf Kohlendioxid zur Anwendung kommt.
Die in der Figur 1 dargestellten Verdichtereinheiten H und R, die Sammler C und M sowie der Kondensator K sind im Regelfall in einem separaten Maschinenraum angeordnet. Etwa 80 bis 90 % des gesamten Leitungsnetzes sind jedoch in den Verkaufsräumen, den Lagerräumen bzw. anderen für Mitarbeiter und Kunden zugänglichen Räumen eines Supermarktes angeordnet. Solange in diesem Leitungsnetz mit Drücken von nicht mehr als 35 bis 40 bar gearbeitet wird, ist dies für die Supermarktbetreiber sowohl aus psychologischer Sicht als auch aus Kostengründen akzeptabel.
Derzeit wird dazu übergegangen, auch den vorbeschriebenen Normalkühlkreislauf mit dem Kältemittel CO2 zu betreiben.
Der sinnvolle Einsatz des natürlichen Kältemittels CO2 in der Gewerbekälte scheitert bisher zum einen an der unzureichenden energetischen Effizienz des einfachen, einstufigen Kreisprozesses bei hohen (Außen)Lufttemperaturen. Zum anderen sind aufgrund der Stoffeigenschaften von CO2 hohe Arbeitsdrücke - bis zu 100 bar und darüber - erforderlich, die eine Fertigung von entsprechenden Kältekreisläufen bzw. Kälteanlagen aus ökonomischen Gründen enorm erschweren. Kommerziell wird das Kältemittel CO2 daher bisher nur bei Kaskadensystemen in der Tiefkühlung verwendet - wie dies beispielhaft anhand der Figur 1 erläutert ist -, da die dort realisierten Arbeitsdrücke die übliche, maximale Drucklage von 40 bar nicht überschreiten.
Aufgrund der vorerwähnten höheren Drücke bzw. Drucklage muss das Rohrleitungsnetz des Kältekreislaufes auf diese Drücke bzw. Drucklage ausgelegt werden. Die hierfür erforderlichen Materialien sind jedoch weitaus teurer als diejenigen, die bei den bisher realisierten Drucklagen zur Anwendung kommen können. Darüber hinaus sind derartige, vergleichsweise hohe Drucklagen jedoch auch den Anlagenbetreibern nur sehr schwer zu vermitteln. Ein weiteres Problem besteht insbesondere bei der Verwendung von CO2 als Kältemittel darin, dass bei entsprechend hohen Außentemperaturen ein überkritischer Betrieb des Kältekreislaufes erforderlich wird. Hohe Außenlufttemperaturen haben zur Folge, dass am Verdampfereintritt vergleichsweise hohe Drosseldampfaπteile auftreten. Dadurch wird die effektive volumetrische Kälteleistung des zirkulierenden Kältemittels verringert, jedoch müssen sowohl Saug- als auch Flüssigkeitsleitungen sowie die Verdampfer entsprechend größer dimensioniert werden, um die Druckverluste so niedrig wie möglich zu halten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Kältekreislauf sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes anzugeben, der bzw. das die genannten Nachteile vermeidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kältekreislauf vorgeschlagen, der sich dadurch auszeichnet, dass zwischen dem Verflüssiger und dem Sammelbehälter eine Zwischen-Entspannungsvorrichtung angeordnet ist.
Verfahrensseitg wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass in der zwischen dem Verflüssiger und dem Sammelbehälter angeordneten Zwischen- Entspannungsvorrichtung eine Entspannung des Kältemittels auf einen (Zwischen)Druck von 5 bis 40 bar erfolgt.
Der erfindungsgemäße Kältekreislauf, das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand der in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Ausführuπgsbeispiele näher erläutert.
Hierbei zeigt die Figur 2 eine Verbundkälteanlage, in der eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kältekreislaufes realisiert ist. Im Folgenden sei eine Verfahrensweise beschrieben, bei der als Kältemittel HFKW(s), FKW(s) oder CO2 zur Anwendung kommen kann.
Das in der Verdichtereinheit 6 auf einem Druck zwischen 10 und 120 bar verdichtete Kältemittel wird über die Druckleitung 7 dem Verflüssiger bzw. Gaskühler 1 zugeführt und in diesem gegen Außenluft kondensiert bzw. enthitzt. Über die Leitungen 2, 2' und 2" wird das Kältemittel dem Kältemittelsammler 3 zugeführt, wobei es nunmehr jedoch erfindungsgemäß in der Zwischen-Entspannungsvorrichtung a auf einen Zwischendruck von 5 bis 40 bar entspannt wird. Diese Zwischenentspannung bietet den Vorteil, dass das nachgeschaltete Leitungsnetz sowie der Sammler 3 nurmehr auf eine niedrigere Drucklage ausgelegt sein müssen.
Der Druck, auf den das Kältemittel in der erwähnten Zwischen- Entspannungsvorrichtung a entspannt wird, wird hierbei vorzugsweise so gewählt, dass er noch unterhalb des niedrigsten zu erwartenden Verflüssigungsdruckes liegt
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kältekreisiaufes ist die Druckleitung 7 mit dem Sammelbehälter 3, vorzugsweise mit dessen Gasraum, verbunden bzw. verbindbar. Diese Verbindung zwischen Druckleitung 7 und dem Sammelbehälter 3 kann beispielsweise über eine Verbindungsleitung 17, in der ein Entspannungsventil h angeordnet ist, erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßeπ Kältekreislaufes ist die Druckleitung 7 mit der den Verflüssiger 1 und den Sammelbehälter 3 verbindenden Leitung bzw. Leitungsabschnitte 2 bzw. 2', 2" verbunden bzw. verbindbar. Diese Verbindung zwischen der Druckleitung 7 und der Leitung 2 bzw. 2', 2" kann beispielsweise über die gestrichelt dargestellte Verbindungsleitung 18, in der ein Ventil j angeordnet ist, erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Kältekreislaufes ist der Sammelbehälter 3, vorzugsweise dessen Gasraum, mit dem Eingang der Verdichtereinheit 6 verbunden bzw. verbindbar.
Diese Verbindung zwischen Sammelbehälter 3 und Eingang der Verdichtereinheit 6 kann beispielsweise über eine Verbindungsleitung 12, die wie in der Figur 2 dargestellt, in die Saugleitung 11 mündet, erfolgen.
Über das in der Leitung 12 vorgesehene Entspannungsventil e und das in der Leitung 17 vorgesehene Entspannungsventil h oder das in der Leitung 18 vorgesehene Ventil j kann der gewählte Zwischendruck nunmehr für alle Betriebsbedingungen konstant gehalten werden. Möglich ist jedoch auch eine Regelung dergestalt, dass ein konstanter Differenzwert zum Saugdruck besteht Dadurch wird erreicht, dass der Drosseldampfanteil an den Verdampfern vergleichsweise klein ist, was zur Folge hat, dass die Flüssigkeits- und Saugleitungen entsprechend kleiner dimensioniert werden können. Dies gilt auch für die Kondensatleitung, da nunmehr keine gasförmigen Bestandteile über sie zurück in den Verflüssiger 1 strömen müssen. Mittels der
Erfindung wird somit auch erreicht, dass sich die erforderliche Kältemittelfüllmenge um bis zu ca. 30 % reduzieren lässt.
Über die Saugleitung 4 wird Kältemittel aus dem Sammler 3 abgezogen und den Kältemittelverbrauchern bzw. deren Wärmetauscher E2 und E3 zugeführt. Diesen vorgeschaltet ist jeweils ein Entspannungsventil b bzw. c, in denen das in die Kälteverbraucher strömende Kältemittel entspannt wird. Das in den Kälteverbrauchern E2 und E3 verdampfte Kältemittel wird anschließend über die Saugleitung 5 wiederum der Verdichtereinheit 6 zugeführt bzw. durch diese aus den Verdampfern E2 und E3 gesaugt.
Ein Teil des aus dem Sammler 3 über Leitung 4 abgezogenen Kältemittels wird über Leitung 8 einem oder mehreren Tiefkühlverbrauchern - dargestellt durch den Wärmetauscher E4 -, dem ebenfalls ein Entspannungsventil d vorgeschaltet ist, zugeführt. Dieser Kältemittelteilstrom wird nach der Verdampfung im Wärmetauscher bzw. Kälteverbraucher E4 über die Saugleitung 9 der Verdichtereinheit 10 zugeführt und in dieser auf den Eingangsdruck der Verdichtereinheit 6 verdichtet. Der so verdichtete Kältemittelteilstrom wird anschließend über Leitung 11 der Eingangsseite der Verdichtereinheit 6 zugeführt.
Die Erfindung weiterbildend wird vorgeschlagen, dass - wie in der Figur 2 dargestellt - dem Sammelbehälter 3 ein Wärmeübertrager E1 vorgeschaltet sein kann.
Hierbei ist der Wärmeübertrager E1 vorzugsweise eingangsseitig mit dem Ausgang des Verflüssigers 1 verbunden oder verbindbar.
Wie in der Figur 2 dargestellt, kann nunmehr über Leitung 13, in der ein Entspannungsventil f vorgesehen ist, ein Teilstrom des verflüssigten bzw. enthitzeπ Kältemittels aus dem Verflüssiger bzw. Gaskühler 1 bzw. der Leitung 2 abgezogen und in dem Wärmeübertrager Ei gegen das zu enthitzeπde, dem Wärmeübertrager E1 über Leitung 2' zugeführte Kältemittel verdampft werden. Der verdampfte Kältemittelteilstrom wird anschließend über Leitung 14 einem Verdichter 6', der der vorbeschriebenen Verdichtereinheit 6 zugeordnet ist und der vorzugsweise auf einem höheren Druckπiveau ansaugt, zugeführt und in diesem auf den gewünschten Enddruck der Verdichtereinheit 6 verdichtet werden.
Alternativ zu dem vorerwähnten (zusätzlichen) Verdichter 6' kann bei der Verwendung mehrzylindrischerer Verdichter auch eine Zuführung des abzusaugenden Drosseldampfanteiles auf einem höheren Druckniveau zu einem oder mehreren Zylindern eines jeden Verdichters erfolgen.
Mittels des Wärmeübertragers E1 wird der in der Zwischen-Entspannungsvorrichtung a zu entspannende Kältemittelstrom vorzugsweise soweit abgekühlt, dass der Drosseldampfanteii des entspannten Kältemittels minimiert wird.
Alternativ oder zusätzlich können die im Sammler 3 anfallenden Drosseldampfanteile auch über die Leitung 12 sowie die gestrichelt gezeichnete Leitung 15 mittels des Verdichters 6' auf einem höheren Druckniveau abgesaugt werden.
In der Figur 3 dargestellt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kältekreislaufes bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Kältekreislaufes, bei dem das aus dem Sammelbehälter 3 über die Leitung 4 abgezogene Kältemittel im Wärmetauscher E5 einer Unterkühlung unterworfen wird.
Hierbei erfolgt die Unterkühlung - entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung - im Wärmetausch mit dem aus dem Sammelbehälter 3 über Leitung 12 abgezogenen Flashgas.
Flüssigkeitsleitungen, wie beispielsweise die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Leitung 4, mit einem Temperaturniveau unterhalb der Umgebungstemperatur sind einer Wärmeeinstrahlung ausgesetzt. Diese hat zur Folge, dass das innerhalb der Flüssigkeitsleitung strömende Kältemittel teilweise verdampft, es somit zur Bildung von unerwünschten Dampfanteilen kommt. Um dies zu verhindern, werden Kältemittel bisher entweder durch eine Expansion eines Teilstromes des Kältemittels und anschließender Verdampfung oder durch einen inneren Wärmeübergang gegen einen Sauggasstrom, welches dabei überhitzt wird, unterkühlt.
Bei dem erfindungsgemäßen Kältekreislauf bzw. der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann der Temperaturabstand zwischen Saug- und Flüssigkeitsleitung bzw. des darin zirkulierenden Kältemittels unter Umständen zu gering sein, um eine innere Wärmeübertragung für die erforderliche Unterkühlung des in der Flüssigkeitsleitung strömenden Kältemittels zu realisieren.
Die Erfindung weiterbildend wird daher - wie bereits erwähnt - vorgeschlagen, das aus dem Sammelbehälter 3 über Leitung 4 abgezogene Kältemittel im Wärmetauscher bzw. Unterkühler E5 gegen das aus dem Sammelbehälter 3 über Leitung 12 und im Ventil e entspannte Flashgas zu unterkühlen. Nach Durchgang durch den Wärmetauscher bzw. Unterkühler E5 wird das entspannte und im Wärmetauscher E5 überhitzte Kältemittel über die Leitungsabschnitte 12' und 11 dem Eingang der
Verdichtereinheit 6 zugeführt. Durch die Überhitzung des aus dem Sammelbehälter 3 über Leitung 12 abgezogenen Flashgasstromes wird in der Flüssigkeitsleitung 4 eine ausreichende Unterkühlung des in ihr strömenden Kältemittels erreicht; diese Unterkühlung des Kältemittels verbessert den Regelbetrieb der Entspannungs- bzw. Einspritzventile b, c und d, die den Verdampfern E2, E3 und E4 vorgeschaltet sind.
Flüssigkeitströpfchen, die aus dem Sammelbehälter 3 über Leitung 12 aufgrund einer zu kleinen Dimensionierung und/oder Überfüllung des Sammelbehälters 3 nicht abgeschieden und mit dem Flashgas mitgeführt werden, werden spätestens im Wärmetauscher/Unterkühler E5 verdampft. Die beschriebene Verfahrensweise hat somit darüber hinaus den Vorteil, dass die Betriebssicherheit der Verdichter bzw. Verdichtereinheit 6 aufgrund einer sicheren Überhitzung des Flashgasstromes erhöht wird.
Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei weitere, zueinander alternative Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kältekreislaufes bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Kältekreislaufes. Der Übersichtlichkeit halber sind in den Figuren 4 und 5 lediglich Ausschnitte-des Jn der Figur 2 und 3 dargestellten erfindungsgemäßen Kältekreislaufes dargestellt. Das erfinduπgsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes weiterbildend wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teilstrom des aus dem Sammelbehälter abgezogenen Flashgases zumindest zeitweilig gegen wenigstens einen Teilstrom des verdichteten Kältemittels überhitzt wird.
Die Figur 4 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der zumindest zeitweilig ein Teilstrom des aus dem Sammelbehälter 3 über Leitung 12 abgezogenen Flashgases über die Leitung 16 einem Wärmetauscher E6 zugeführt und in diesem gegen das in der Verdichtereinheit 6 verdichtete Kältemittel überhitzt wird.
Bei der in der Figur 4 dargestellten Verfahrensweise wird der zu überhitzende Flashgasstrom im Wärmetauscher E6 gegen den gesamten, in der Verdichtereinheit 6 verdichteten Kältemittelstrom, der über Leitung 7 dem in der Figur 4 nicht dargestellten Verflüssiger bzw. Enthitzer zugeführt wird, überhitzt.
Nach Durchgang durch den Wärmetauscher/Überhitzer E6 wird der Flashgasstrom über Leitung 16' dem Eingang des Verdichters 6' der Verdichtereinheit 6 zugeführt.
In der Figur 5 dargestellt ist eine Verfahrensweise, bei der der aus dem
Sammelbehälter 3 über die Leitung 12, das geöffnete Ventil g und die Leitung 16 abgezogene Flashgasstrom in dem Wärmetauscher E7 gegen den verdichteten Kältemittelstrom in der Leitung 7 überhitzt wird. Der Flashgasstrom kann nach Durchgang durch den Wärmetauscher E7 der Verdichtereinheit 6 in der Form zugeführt werden, dass ein oder mehrere Zylinder der mehrzylindrigen Verdichter das Flashgas auf einem höheren Druckniveau absaugen. Alternativ zu dem Ventii g können die Ventile x, y, und z vorgesehen werden
Die in den Figuren 4 und 5 dargestellten Verfahrensweisen ermöglichen es sicherzustellen, dass in dem Flashgas enthaltene Flüssiganteile zweifelsfrei verdampft werden, woraus eine erhöhte Sicherheit für die Verdichter bzw. die Verdichtereinheit 6 resultiert.

Claims

Patentansprüche
Kältekreislauf, in dem ein ein- oder mehrkomponentiges Kältemittel zirkuliert, aufweisend in Strömungsrichtung einen Verflüssiger, einen Sammelbehälter, eine, einem Verdampfer vorgeschaltete Entspannungsvorrichtung, einen Verdampfer und eine einstufig verdichtende Verdichtereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verflüssiger (1) und dem Sammelbehälter (3) eine Zwischen- Entspannungsvorrichtung (a) angeordnet ist.
2. Kältekreisläuf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Sammelbehälter (3) ein Wärmeübertrager (E1) vorgeschaltet ist.
3. Kältekreislauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (E1) eingangsseitig mit dem Ausgang des Verflüssigers (1) verbunden oder verbindbar ist (2, 13).
4. Kältekreislauf nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (E1 ) ausgangsseitig mit dem Eingang eines Verdichters (6') der Verdichtereinheit (6) verbunden oder verbindbar ist (14).
5. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (E1) ausgangsseitig mit dem Eingang wenigstens eines Zylinders eines mehrzylindrigen Verdichters der Verdichtereinheit (6) verbunden oder verbindbar ist.
6. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum des Sammelbehälters (3) mit dem Eingang der Verdichtereinheit (6) verbunden oder verbindbar ist (11 , 12).
7. Kältekreisiauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum des Sammelbehälters (3) mit dem Eingang eines Verdichters (6') "der Verdichtereinheit (6) verbunden oder verbindbar ist (15, 12).
8. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum des Sammelbehälters (3) mit dem Eingang wenigstens eines Zylinders eines mehrzylindrigen Verdichters der Verdichtereinheit (6) verbunden oder verbindbar ist (16, 12).
9. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (7) mit dem Sammelbehälter (3), vorzugsweise mit dessen Gasraum, verbunden oder verbindbar ist (17).
10. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sammelbehälter (3) und der einem Verdampfer vorgeschalteten Entspannungsvorrichtung (c, b, d) ein Wärmetauscher/Unterkühler (E5) angeordnet ist.
11. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher/Unterkühler (E5) eingangsseitig mit dem Gasraum des Sammelbehälters (3) verbunden oder verbindbar ist (12).
12. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (7) mit der den Verflüssiger (1) und den
Sammelbehälter (3) verbindenden Leitung (2, 2', 2') verbunden oder verbindbar ist (18).
13. Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zwischen dem Verflüssiger (1) und dem Sammelbehälter (3) angeordneten Zwischen-Entspannungsvorrichtung (a) eine Entspannung des Kältemittels auf einen (Zwischen)Druck von 5 bis 40 bar erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,. dass das Kältemittel (2) vor seiner Zwischen-Entspannung (a) abgekühlt wird (E1 ).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung (E1 ) des Kältemittels (2) gegen einen Teilstrom des Kältemittels (13) erfolgt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Sammelbehälter (3) abgezogene Kältemittel
(4) unterkühlt wird (E5).
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkühlung (E5) des aus dem Sammelbehälter (3) abgezogenen Kältemittels (4) gegen das aus dem Sammelbehälter (3) abgezogene Flashgas (12) erfolgt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilstrom des aus dem Sammelbehälter (3) abgezogenen Flashgases (12) zumindest zeitweilig gegen das verdichtete Kältemittel (7) überhitzt wird (E6, E7).
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des auf Zwischendruckniveau abgesaugten Flashgases durch Ventile (g, x, y, z) geregelt wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischendruck mittels wenigstens eines Ventils (e, h, j) auf einen konstanten Wert und/oder auf eine konstante Differenz zu dem Saugdruck geregelt wird.
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