EP2244040A2 - Flashgas removal from a receiver in a refrigeration circuit - Google Patents

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EP2244040A2
EP2244040A2 EP10167202A EP10167202A EP2244040A2 EP 2244040 A2 EP2244040 A2 EP 2244040A2 EP 10167202 A EP10167202 A EP 10167202A EP 10167202 A EP10167202 A EP 10167202A EP 2244040 A2 EP2244040 A2 EP 2244040A2
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EP
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line
refrigerant
compressor unit
collecting container
pressure
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EP2244040B1 (en
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Gernemann Andreas
Schierhorn Uwe
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    • 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 circulates, comprising in the flow direction a condenser, a collecting container, an expansion device upstream of an evaporator, an evaporator and a single-stage compressing compressor unit.
  • the invention relates to a method for operating a refrigeration cycle.
  • liquefier should be understood to mean both liquefier and gas cooler.
  • Composite refrigerators generally supply a large number of refrigeration consumers, such as refrigerators, refrigerators and freezers. For this purpose circulates in them a one- or multi-component refrigerant or refrigerant mixture.
  • a counting of the prior art refrigeration cycle or a refrigeration system in which such a refrigeration cycle is realized, is based on the in the FIG. 1 illustrated embodiment explained in more detail.
  • condenser The circulating in the Kälte Vietnameseüf one- or multi-component refrigerant is in a condenser or gas cooler A - hereinafter referred to only as condenser, which is usually outside the supermarket, for example, on the roof, arranged by heat exchange, preferably against outside air, condensed.
  • the liquid refrigerant from the condenser A is fed via line B to a (refrigerant) collector C.
  • a (refrigerant) collector C Within a refrigeration cycle always so much refrigerant must be present that even with maximum cooling demand, the evaporator of all refrigeration consumers can be filled. However, with lower cooling requirements individual evaporators are only partially filled or even completely empty, the excess refrigerant must be collected during these times in the designated collector C.
  • the refrigerant passes through the liquid line D to the cold consumers of the so-called normal cooling circuit.
  • the in the FIG. 1 represented consumers F and F 'for any number of consumers of the normal refrigeration cycle.
  • 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 or the evaporator of the refrigeration consumer is expanded.
  • the so-relaxed refrigerant is vaporized in the evaporators of the refrigerant consumers F and F 'and thus cools the correspondingdemöb el and spaces.
  • the refrigerant evaporated in the refrigeration consumers F and F 'of the normal refrigeration cycle is then fed via the suction line G to the compressor unit H and in this compressed to the desired pressure between 10 and 25 bar.
  • the compressor unit H is designed to be single-stage and has several compressors connected in parallel.
  • 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.
  • compressor units H and R, the collector C and M and the capacitor K are usually arranged in a separate machine room.
  • 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.
  • 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.
  • inventive refrigeration cycle the inventive method for operating a refrigeration cycle and other embodiments thereof are described below with reference to in the FIGS. 2 to 5 shown embodiments explained in more detail.
  • FIG. 2 a composite refrigeration system in which a possible embodiment of the refrigeration cycle according to the invention is realized.
  • a procedure is described in which as a refrigerant HFC (s), HFC (s) or CO 2 can be used.
  • 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 relaxation device a is hereby preferably selected so that it is still below the lowest expected condensing pressure.
  • the pressure line 7 with the collecting container 3, preferably with the gas space, connected or connectable can take place, for example, via a connecting line 17, in which an expansion valve h is arranged.
  • the pressure line 7 is connected or connectable to the line or line sections 2 or 2 ', 2 "connecting the condenser 1 and the collection container 3.
  • the collecting container 3 preferably the gas space, connected to the input of the compressor unit 6 and connecting bar.
  • This connection between the collecting container 3 and the input of the compressor unit 6 can, for example, via a connecting line 12, as in the FIG. 2 shown, in the suction line 11 opens, done.
  • the selected intermediate pressure can now be kept constant for all operating conditions.
  • a scheme such that a constant difference value to the suction pressure exists. This ensures that the throttle steam fraction 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.
  • 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 sol-compressed refrigerant partial stream is then fed via line 11 to the input side of the compressor unit 6.
  • the invention further, it is proposed that - as in the FIG. 2 represented - the collecting container 3, a heat exchanger E1 can be connected upstream.
  • 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 desiccant refrigerant can now be withdrawn from the condenser or gas cooler 1 or line 2 via line 13, in which an expansion valve f is provided, and in the heat exchanger E1 against the heat exchanger E1 to be heated to be evaporated via line 2 'supplied refrigerant.
  • 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 pressure level, and in this compressed 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 1 shows an embodiment of the refrigeration cycle according to the invention or of the method according to the invention for operating a refrigeration cycle, in which the refrigerant drawn off from the collecting container 3 via the line 4 is subjected to supercooling in the heat exchanger E5.
  • 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 those in the Figures 2 and 3 shown line 4, 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 or 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 refrigerant which has been overheated in the heat exchanger E5 is fed via the line sections 12 'and 11 to the inlet of the compressor unit 6.
  • 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. For the sake of clarity are in the FIGS. 4 and 5 only excerpts of the FIG. 2 and 3 illustrated refrigeration circuit according to the invention shown.
  • the method according to the invention for operating a refrigeration cycle further develops that at least a partial flow of the flash gas withdrawn from the collecting container 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 superheated in this against the compressed in the compressor unit 6 refrigerant.
  • 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.
  • FIG. 5 1 shows a procedure in which the flash gas stream drawn off from the collecting container 3 via the line 12, the opened valve g and the line 16 is overheated in the heat exchanger E7 against the compressed refrigerant flow in the line 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 valves x, y, and z can be provided

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Abstract

Refrigerant is circulated in a predetermined flow direction comprised of a heat-rejecting heat exchanger (4), intermediate throttle valve (6), receiver (8), evaporator throttle valves (10), evaporator (14), compressor (20) and flash gas tapping line (26). The flash gas tapping line is connected to the receiver and to the compressor. An independent claim is also included for a refrigeration circuit operating method.

Description

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.The invention relates to a refrigeration cycle in which a one- or multi-component refrigerant circulates, comprising in the flow direction a condenser, a collecting container, an expansion device upstream of an evaporator, an evaporator and a single-stage compressing compressor unit.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes.Furthermore, the invention relates to a method for operating a refrigeration cycle.

Unter dem Begriff "Verflüssiger" seien sowohl Verflüssiger als auch Gaskühler zu verstehen.The term "liquefier" should be understood to mean both liquefier and gas cooler.

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 Kälteverbrauchern, wie etwa Kühlräume, Kühl- und Tiefkühlmöbel. Zu diesem Zweck zirkuliert in ihnen ein ein- oder mehrkomponentiges Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch.Generic refrigeration cycles are well known. They are for example in refrigeration systems, so-called composite refrigeration systems, such as those used in supermarkets, implemented. Composite refrigerators generally supply a large number of refrigeration consumers, such as refrigerators, refrigerators and freezers. For this purpose circulates in them a one- or multi-component refrigerant or refrigerant mixture.

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.A counting of the prior art refrigeration cycle or a refrigeration system in which such a refrigeration cycle is realized, is based on the in the FIG. 1 illustrated embodiment explained in more detail.

Das in dem Kältekreislaüf 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.The circulating in the Kältekreislaüf one- or multi-component refrigerant is in a condenser or gas cooler A - hereinafter referred to only as condenser, which is usually outside the supermarket, for example, on the roof, arranged by heat exchange, preferably against outside air, condensed.

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.The liquid refrigerant from the condenser A is fed via line B to a (refrigerant) collector C. Within a refrigeration cycle always so much refrigerant must be present that even with maximum cooling demand, the evaporator of all refrigeration consumers can be filled. However, with lower cooling requirements individual evaporators are only partially filled or even completely empty, the excess refrigerant must be collected during these times in the designated collector C.

Aus dem Sammler C gelangt das Kältemittel über die Flüssigkeitsleitung D zu den Kälteverbrauchern des so genannten Normalkühlkreislaufes. Hierbei stehen die in der Figur 1 dargestellten Verbraucher F und F' für eine beliebige Anzahl von Verbrauchern des Normalkühlkreislaufes. Jedem der vorgenannten Kälteverbraucher ist ein Expansionsventil 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 Kühlmöb el und -räume.From the collector C, the refrigerant passes through the liquid line D to the cold consumers of the so-called normal cooling circuit. Here are the in the FIG. 1 represented consumers F and F 'for any number of consumers of the normal refrigeration cycle. 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 or the evaporator of the refrigeration consumer is expanded. The so-relaxed refrigerant is vaporized in the evaporators of the refrigerant consumers F and F 'and thus cools the corresponding Kühlmöb el and spaces.

Das in den Kälteverbrauchern F und F' des Normalkühlkreislaufes 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.The refrigerant evaporated in the refrigeration consumers F and F 'of the normal refrigeration cycle is then fed via the suction line G to the compressor unit H and in this compressed to the desired pressure between 10 and 25 bar. As a rule, the compressor unit H is designed to be single-stage and has several compressors connected in parallel.

Das in der Verdichtereinheit H verdichtete Kältemittel wird anschließend über die Druckleitung I wiederum dem bereits erwähnten Verflüssiger A zugeführt.The compressed in the compressor unit H refrigerant is then fed via the pressure line I in turn to the aforementioned condenser A.

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.Via 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 Tiefkühlkreislaufes before it is fed via the line G' of the compressor unit H.

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.The liquefied in the condenser K refrigerant of the freezing circuit is supplied via line L to the collector M of the freezing circuit. For this, via the line N, 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. Via 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.

Als Kältemittel des Normalkühlkreislaufes wird beispielsweise R 404A verwendet, während für den Tiefkühlkreislauf Kohlendioxid zur Anwendung kommt.As a refrigerant of the normal refrigeration cycle, for example, R 404A is used, while for the freezing cycle carbon dioxide is used.

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.The in the FIG. 1 shown compressor units H and R, 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.

Derzeit wird dazu übergegangen, auch den vorbeschriebenen Normalkühlkreislauf mit dem Kältemittel CO2 zu betreiben.Currently, it is going to operate even the above-described normal cooling circuit with the refrigerant CO 2 .

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.The sensible use of the natural refrigerant CO 2 in commercial refrigeration fails on the one hand due to the insufficient energetic efficiency of the simple, single-stage cycle at high (outside) air temperatures. On the other hand, owing to the material properties of CO 2, high working pressures - up to 100 bar and above - are required, which make it extremely difficult to manufacture corresponding refrigeration circuits or refrigeration plants for economic reasons. Commercially, the refrigerant CO 2 is therefore so far only used in cascade systems in the freezing - as exemplified by the FIG. 1 is explained - since the, realized there working pressures do not exceed the usual, maximum pressure of 40 bar.

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.Due to the above-mentioned higher pressures or pressure, the pipe network of the refrigeration cycle must be designed for these pressures or pressure. However, the materials required for this are far more expensive than those that can be used in the previously implemented printing layers. In addition, such, comparatively high. However, pressure systems are also very difficult to convey to plant operators.

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 Drosseldampfanteile 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.Another problem is especially when using CO 2 as a refrigerant in that at high ambient temperatures, a supercritical operation of the refrigeration cycle is required. High outside air temperatures have the consequence that at the evaporator inlet comparatively high throttle vapor components occur. This reduces the effective volumetric cooling capacity of the circulating refrigerant, however, both suction and liquid lines and the evaporators must be sized accordingly larger to keep the pressure losses as low as possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Kältekreislauf sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes anzugeben, der bzw. das die genannten Nachteile vermeidet.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.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kältekreislauf vorgeschlagen, der sich dadurch auszeichnet, dass zwischen dem Verflüssiger und dem Sammelbehälter eine Zwischen-Entspannungsvorrichtung angeordnet ist.To solve this problem, a refrigeration cycle is proposed, which is characterized in that between the condenser and the collecting container, an intermediate-expansion device is arranged.

Verfahrensseitg wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass in der zwischen dem Verflüssiger und dem Sammelbehälter angeordneten Zwischen-Entspanriungsvorrichtung eine Entspannung des Kältemittel auf einen (Zwischen)Druck von 5 bis 40 bar erfolgt.Verfahrensseitg the object is achieved in that takes place in the intermediate between the condenser and the collecting intermediate Entspanriungsvorrichtung a relaxation of the refrigerant to an (intermediate) pressure of 5 to 40 bar.

Die Erfindung ist auch durch die folgenden, durchnummerierten Absätze definiert.

  1. 1. 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. 2. Kältekreislauf nach Absatz 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sammelbehälter (3) ein Wärmeübertrager (E1) vorgeschaltet ist.
  3. 3. Kältekreislauf nach Absatz 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (E1) eingangsseitig mit dem Ausgang des Verflüssigers (1) verbunden oder verbindbar ist (2, 13).
  4. 4. Kältekreislauf nach Absatz 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. 5. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Absätze 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. 6. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Absätze, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum des Sammelbehälters (3) mit dem Eingang der Verdichtereinheit (6) verbunden oder verbindbar ist (11, 12).
  7. 7. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Absätze, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum des Sammelbehälters (3) mit dem Eingang eines Verdichters (6") der Verdichtereinheit (6) verbunden oder verbindbar ist (15, 12).
  8. 8. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Absätze, 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. 9. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Absätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (7) mit dem Sammelbehälter (3), vorzugsweise mit dessen Gasraum, verbunden oder verbindbar ist (17).
  10. 10. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Absätze, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sammelbehälter (3) und der einem Verdampfer vorgeschalteten Entspannungsvorrichtung (c, b, d) ein Wärmetauscher/Unterkühler (E5) angeordnet ist.
  11. 11. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Absätze, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher/Unterkühler (E5) eingangsseitig mit dem Gasraum des Sammelbehälters (3) verbunden oder verbindbar ist (12).
  12. 12. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Absätze, 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. 13. Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes nach einem der vorhergehenden Absätze, 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. 14. Verfahren nach Absatz 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel (2) vor seiner Zwischen-Entspannung (a) abgekühlt wird (E1).
  15. 15. Verfahren nach Absatz 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung (E1) des Kältemittels (2) gegen einen Teilstrom des Kältemittels (13) erfolgt.
  16. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Sammelbehälter (3) abgezogene Kältemittel (4) unterkühlt wird (E5).
  17. 17. Verfahren nach Absatz 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. 18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze 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. 19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des auf Zwischendruckniveau abgesaugten Flashgases durch Ventile (g, x, y, z) geregelt wird.
  20. 20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze 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.
The invention is also defined by the following, numbered paragraphs.
  1. 1. Refrigeration circuit, in which circulates a one- or multi-component refrigerant, comprising in the flow direction a condenser, a collection, an evaporator upstream expansion device, an evaporator and a single-stage compressor unit, characterized in that between the condenser (1) and the collecting container (3) an intermediate expansion device (a) is arranged.
  2. 2. Refrigeration circuit according to paragraph 1, characterized in that the collecting container (3) is preceded by a heat exchanger (E1).
  3. 3. Refrigeration circuit according to paragraph 2, characterized in that the heat exchanger (E1) on the input side connected to the output of the condenser (1) or is connectable (2, 13).
  4. 4. Refrigeration circuit according to paragraph 2 and 3, characterized in that the heat exchanger (E1) on the output side with the input of a compressor (6 ') of the compressor unit (6) is connected or connectable (14).
  5. 5. Refrigeration circuit according to one of the preceding paragraphs 2 to 4, characterized in that the heat exchanger (E1) on the output side connected to the input of at least one cylinder of a multi-cylinder compressor of the compressor unit (6) or is connectable.
  6. 6. Refrigeration circuit according to one of the preceding paragraphs, characterized in that the gas space of the collecting container (3) with the input of the compressor unit (6) is connected or connectable (11, 12).
  7. 7. Refrigeration circuit according to one of the preceding paragraphs, characterized in that the gas space of the collecting container (3) with the input of a compressor (6 ") of the compressor unit (6) is connected or connectable (15, 12).
  8. 8. Refrigeration circuit according to one of the preceding paragraphs, characterized in that the gas space of the collecting container (3) with the input of at least one cylinder of a multi-cylinder compressor of the compressor unit (6) is connected or connectable (16, 12).
  9. 9. Refrigeration circuit according to one of the preceding paragraphs, characterized in that the pressure line (7) with the collecting container (3), preferably with the gas space, connected or connectable (17).
  10. 10. Refrigeration circuit according to one of the preceding paragraphs, characterized in that between the collecting container (3) and the upstream of an evaporator expansion device (c, b, d), a heat exchanger / subcooler (E5) is arranged.
  11. 11. Refrigeration circuit according to one of the preceding paragraphs, characterized in that the heat exchanger / subcooler (E5) on the input side connected to the gas space of the collecting container (3) or is connectable (12).
  12. 12. Refrigeration circuit according to one of the preceding paragraphs, characterized in that the pressure line (7) with the condenser (1) and the collecting container (3) connecting line (2, 2 ', 2') is connected or connectable (18).
  13. 13. A method for operating a refrigeration cycle according to one of the preceding paragraphs, characterized in that between the condenser (1) and the collecting container (3) arranged intermediate expansion device (a) a relaxation of the refrigerant to an (intermediate) pressure of the fifth up to 40 bar.
  14. 14. The method according to paragraph 13, characterized in that the refrigerant (2) is cooled before its intermediate relaxation (a) (E1).
  15. 15. The method according to paragraph 14, characterized in that the cooling (E1) of the refrigerant (2) takes place against a partial flow of the refrigerant (13).
  16. 16. The method according to any one of the preceding paragraphs 13 to 14, characterized in that the drawn off the collecting container (3) cooling means (4) is subcooled (E5).
  17. 17. The method according to paragraph 16, characterized in that the subcooling (E5) of the from the collecting container (3) withdrawn refrigerant (4) against the from the collecting container (3) withdrawn flash gas (12).
  18. 18. The method according to any one of the preceding paragraphs 13 to 17, characterized in that at least a partial stream of the flash tank (3) withdrawn from the flash gas (12) is at least temporarily overheated against the compressed refrigerant (7) (E6, E7).
  19. 19. The method according to any one of the preceding paragraphs 13 to 18, characterized in that the amount of extracted at intermediate pressure level flash gas is controlled by valves (g, x, y, z).
  20. 20. Method according to one of the preceding paragraphs 13 to 19, characterized in that the intermediate pressure is regulated by means of at least one valve (e, h, j) to a constant value and / or to a constant difference to the suction pressure.

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 Ausführungsbeispiele näher erläutert.The inventive refrigeration cycle, the inventive method for operating a refrigeration cycle and other embodiments thereof are described below with reference to in the FIGS. 2 to 5 shown embodiments explained in more detail.

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.This shows the FIG. 2 a composite refrigeration system in which a possible embodiment of the refrigeration cycle according to the invention is realized. In the following, a procedure is described in which as a refrigerant HFC (s), HFC (s) or CO 2 can be used.

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.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. About the lines 2, 2 'and 2 ", 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.

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.The pressure to which the refrigerant is expanded in the mentioned intermediate relaxation device a, is hereby preferably selected so that it is still below the lowest expected condensing pressure.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kältekreislaufes 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.According to an advantageous embodiment of the refrigeration cycle according to the invention, the pressure line 7 with the collecting container 3, preferably with the gas space, connected or connectable. This connection between the pressure line 7 and the collecting container 3 can take place, for example, via a connecting line 17, in which an expansion valve h is arranged.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen 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.According to an advantageous embodiment of the refrigeration cycle according to the invention, the pressure line 7 is connected or connectable to the line or line sections 2 or 2 ', 2 "connecting the condenser 1 and the collection container 3. This connection between the pressure line 7 and the line 2 or 2 ', 2 ", for example, via the dashed lines shown connecting line 18, in which a valve j is arranged, take place.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kältekreislaufes ist der Sammelbehälter 3, vorzugsweise dessen Gasraum, mit dem Eingang der Verdichtereinheit 6 verbunden bzw. verbind bar.According to an advantageous embodiment of the refrigeration cycle according to the invention, the collecting container 3, preferably the gas space, connected to the input of the compressor unit 6 and connecting bar.

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.This connection between the collecting container 3 and the input of the compressor unit 6 can, for example, via a connecting line 12, as in the FIG. 2 shown, in the suction line 11 opens, done.

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.By way of the expansion valve e provided in the line 12 and the expansion valve h provided in the line 17 or the valve j provided in the line 18, the selected intermediate pressure can now be kept constant for all operating conditions. However, it is also possible a scheme such that a constant difference value to the suction pressure exists. This ensures that the throttle steam fraction 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. By means of the invention is thus also achieved that can be reduced by up to about 30%, the required refrigerant charge.

Über die Saugleitung 4 wird Kältemittel aus dem Sammler 3 abgezogen und den Kältemittelverbrauchem 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.Via the suction line 4 refrigerant is withdrawn from the collector 3 and fed to the Kältemittelverbrauchem or their heat exchanger E2 and E3. 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.

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 sol verdichtete Kältemittelteilstrom wird anschließend über Leitung 11 der Eingangsseite der Verdichtereinheit 6 zugeführt.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. After the evaporation in the heat exchanger or cold consumer E4, 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 sol-compressed refrigerant partial stream is then fed via line 11 to the input side of the compressor unit 6.

Die Erfindung weiterbildend wird vorgeschlagen, dass - wie in der Figur 2 dargestellt - dem Sammelbehälter 3 ein Wärmeübertrager E1 vorgeschaltet sein kann.The invention further, it is proposed that - as in the FIG. 2 represented - the collecting container 3, a heat exchanger E1 can be connected upstream.

Hierbei ist der Wärmeübertrager E1 vorzugsweise eingangsseitig mit dem Ausgang des Verflüssiger 1 verbunden oder verbindbar.Here, the heat exchanger E1 is preferably connected on the input side to the output of the condenser 1 or connectable.

Wie in der Figur 2 dargestellt, kann nunmehr über Leitung 13, in der ein Entspannungsventil f vorgesehen ist, ein Teilstrom des verflüssigten bzw. enthitzen Kältemittels aus dem Verflüssiger bzw. Gaskühler 1 bzw. der Leitung 2 abgezogen und in dem Wärmeübertrager E1 gegen das zu enthitzende, 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 Druckniveau ansaugt, zugeführt und in diesem auf den gewünschten Enddruck der Verdichtereinheit 6 verdichtet werden.Like in the FIG. 2 a partial flow of the liquefied or desiccant refrigerant can now be withdrawn from the condenser or gas cooler 1 or line 2 via line 13, in which an expansion valve f is provided, and in the heat exchanger E1 against the heat exchanger E1 to be heated to be evaporated via line 2 'supplied refrigerant. 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 pressure level, and in this compressed to the desired final pressure of the compressor unit 6.

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.As an alternative to the above-mentioned (additional) compressor 6 'can be carried out at a higher pressure level to one or more cylinders of each compressor when using mehrzylindrischerer compressor also supplying the sucked throttled vapor portion.

Mittels des Wärmeübertragers E1 wird der in der Zwischen-Entspannungsvorrichtung a zu entspannende Kältemittelstrom vorzugsweise soweit abgekühlt, dass der Drosseldampfanteil des entspannten Kältemittels minimiert wird.By means of the heat exchanger E1, 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.

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.Alternatively or additionally, 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.

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.In the FIG. 3 1 shows an embodiment of the refrigeration cycle according to the invention or of the method according to the invention for operating a refrigeration cycle, in which the refrigerant drawn off from the collecting container 3 via the line 4 is subjected to supercooling in the heat exchanger E5.

Hierbei erfolgt die Unterkühlung - entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung - im Wärmetausch mit dem aus dem Sammelbehälter 3 über Leitung 12 abgezogenen Flashgas.Here, 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.

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.Liquid lines, such as those in the Figures 2 and 3 shown line 4, 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.

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.In the refrigeration cycle according to the invention or the procedure according to the invention, 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.

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.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 or 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 refrigerant which has been overheated in the heat exchanger E5 is fed via the line sections 12 'and 11 to the inlet of the compressor unit 6. 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.

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.Liquid droplets which are not separated from the collecting container 3 via line 12 due to a too small dimensioning and / or overfilling of the collecting container 3 and carried along with the flash gas, are vaporized latest in the heat exchanger / subcooler E5. 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.

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_in der Figur 2 und 3 dargestellten erfindungsgemäßen Kältekreislaufes dargestellt.The 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. For the sake of clarity are in the FIGS. 4 and 5 only excerpts of the FIG. 2 and 3 illustrated refrigeration circuit according to the invention shown.

Das erfindungsgemäße 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.The method according to the invention for operating a refrigeration cycle further develops that at least a partial flow of the flash gas withdrawn from the collecting container is at least temporarily overheated against at least a partial flow of the compressed refrigerant.

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.The 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 superheated in this against the compressed in the compressor unit 6 refrigerant.

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.When in the FIG. 4 As shown, the Flashgasstrom to be overheated in the heat exchanger E6 against the entire, compressed in the compressor unit 6 refrigerant flow via line 7 in the FIG. 4 not shown condenser or desuperheater is supplied, superheated.

Nach Durchgang durch den Wärmetauscher/Überhitzer E6 wird der Flashgasstrom über Leitung 16' dem Eingang des Verdichters 6' der Verdichtereinheit 6 zugeführt.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.

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 Ventil g können die Ventile x, y, und z vorgesehen werdenIn the FIG. 5 1 shows a procedure in which the flash gas stream drawn off from the collecting container 3 via the line 12, the opened valve g and the line 16 is overheated in the heat exchanger E7 against the compressed refrigerant flow in the line 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. As an alternative to the valve g, the valves x, y, and z can be provided

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.The in the FIGS. 4 and 5 The described procedures make it possible to ensure that liquid components contained in the flash gas are unambiguously vaporized, resulting in increased safety for the compressors or compressor unit 6.

Claims (16)

Kältekreislauf, in dem ein ein- oder mehrkomponentiges Kältemittel, insbesondere CO2, zirkuliert, wobei der Kältekreislauf einen überkritischen Betrieb ermöglicht, aufweisend in Strömungsrichtung einen Verflüssiger/Gaskühler (1), eine Zwischen-Entspannungsvorrichtung (a), einen Sammelbehälter (3), eine einem Verdampfer (E2, E3) vorgeschaltete Entspannungsvorrichtung (b, c), einen Verdampfer (E2, E3) und eine mit dem Verdampfer (E2, E3) durch eine Saugleitung (5) verbundene Verdichtereinheit (6), wobei der Gasraum des Sammelbehälters (3) mit dem Eingang der Verdichtereinheit (6) verbunden oder verbindbar ist, wobei in der Verbindungsleitung (11, 12) zwischen dem Gasraum des Sammelbehälters (3) und dem Eingang der Verdichtereinheit (6) ein Entspannungsventil (e) vorgesehen ist, und wobei die Verbindungsleitung (11, 12) in die Saugleitung (5) vor der Verdichtereinheit (6) mündet.Refrigeration circuit, in which a one- or multi-component refrigerant, in particular CO 2 , circulates, the refrigeration cycle allows a supercritical operation, comprising in the flow direction, a condenser / gas cooler (1), an intermediate-expansion device (a), a collecting container (3), an expansion device (b, c) upstream of an evaporator (E2, E3), an evaporator (E2, E3) and a compressor unit (6) connected to the evaporator (E2, E3) through a suction line (5), the gas space of the collecting container (3) connected to the input of the compressor unit (6) or connectable, wherein in the connecting line (11, 12) between the gas space of the collecting container (3) and the input of the compressor unit (6) an expansion valve (e) is provided, and wherein the connecting line (11, 12) opens into the suction line (5) in front of the compressor unit (6). Kältekreislauf nach Anspruch 1, wobei dem Sammelbehälter (3) ein Wärmeübertrager (E1) vorgeschaltet ist, und/oder wobei der Wärmeübertrager (E1) eingangsseitig mit dem Ausgang des Verflüssigers/Gaskühlers (1) verbunden oder verbindbar ist (2, 13).Refrigeration circuit according to claim 1, wherein the collecting container (3) is preceded by a heat exchanger (E1), and / or wherein the heat exchanger (E1) on the input side connected to the output of the condenser / gas cooler (1) or connectable (2, 13). Kältekreislauf nach Anspruch 2, wobei sich die Leitung (2) von dem Verflüssiger/Gaskühler (1) in einen ersten Leitungsabschnitt (2') und in einen zweiten Leitungsabschnitt (13) aufteilt, wobei in dem zweiten Leitungsabschnitt (13) ein Entspannungsventil (f) angeordnet ist, und wobei das Kältemittel in dem zweiten Leitungsabschnitt (13) in dem Wärmeübertrager (E1) gegen das Kältemittel in dem ersten Leitungsabschnitt (2') verdampft wird, und/oder wobei der zweite Leitungsabschnitt (13, 14) nach dem Wärmeübertrager (E1) mit dem Eingang des Verdichters (6') der Verdichtereinheit (6) verbunden oder verbindbar ist.Refrigeration circuit according to claim 2, wherein the line (2) from the condenser / gas cooler (1) in a first line section (2 ') and in a second line section (13), wherein in the second line section (13), an expansion valve (f ), and wherein the refrigerant in the second line section (13) in the heat exchanger (E1) is evaporated against the refrigerant in the first line section (2 '), and / or wherein the second line section (13, 14) downstream of the heat exchanger (E1) to the input of the compressor (6 ') of the compressor unit (6) is connected or connectable. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Druckleitung (7) zum Zuführen von verdichtetem Kältemittel von der Verdichtereinheit (6) zu dem Verflüssiger/Gaskühler (1) vorgesehen ist, und wobei die Druckleitung (7) mit der den Verflüssiger/Gaskühler (1) und den Sammelbehälter (3) verbindenden Leitung (2, 2', 2") verbunden oder verbindbar ist.Refrigeration circuit according to one of the preceding claims, wherein a pressure line (7) for supplying compressed refrigerant from the compressor unit (6) to the condenser / gas cooler (1) is provided, and wherein the Pressure line (7) with the condenser / gas cooler (1) and the collecting container (3) connecting line (2, 2 ', 2 ") connected or connectable. Kältekreislauf nach Anspruch 4, wobei eine Druckleitung (7) zum Zuführen von verdichtetem Kältemittel von der Verdichtereinheit (6) zu dem Verflüssiger/Gaskühler (1) vorgesehen ist, und wobei eine Leitung (18) mit einem darin vorgesehenen Ventil (j) den Leitungsabschnitt (2', 2") zwischen dem Wärmeübertrager (E1) und der Zwischen-Entspannungsvorrichtung (a) mit der Druckleitung (7) nach der Verdichtereinheit (6) verbindet, und/oder wobei eine Leitung (17) mit einem darin vorgesehenen Ventil (h) den Leitungsabschnitt zwischen der Zwischen-Entspannungsvorrichtung (a) und dem Sammelbehälter (3) mit der Druckleitung (7) nach der Verdichtereinheit (6) verbindet.A refrigeration cycle according to claim 4, wherein a pressure line (7) for supplying compressed refrigerant from the compressor unit (6) to the condenser / gas cooler (1) is provided, and wherein a line (18) having a valve (j) provided therein, the line section (2 ', 2 ") between the heat exchanger (E1) and the intermediate expansion device (a) to the pressure line (7) after the compressor unit (6) connects, and / or wherein a line (17) with a valve provided therein ( h) connects the line section between the intermediate expansion device (a) and the collecting container (3) with the pressure line (7) after the compressor unit (6). Kältekreislauf nach Anspruch 5, wobei der gewählte Zwischendruck über das Entspannungsventil (e) in der Leitung (12) und über das Entspannungsventil (h) in der Leitung (17) und/oder über das Entspannungsventil (j) in der Leitung (18) so regelbar ist, dass er einen konstanten Wert oder eine konstante Differenz zum Saugdruck hat.Refrigeration circuit according to claim 5, wherein the selected intermediate pressure via the expansion valve (s) in the conduit (12) and via the expansion valve (h) in the conduit (17) and / or via the expansion valve (j) in the conduit (18) so it can be regulated that it has a constant value or a constant difference to the suction pressure. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gasraum des Sammelbehälters (3) mit dem Eingang eines Verdichters (6') der Verdichtereinheit (6) verbunden oder verbindbar ist.Refrigeration circuit according to one of the preceding claims, wherein the gas space of the collecting container (3) with the input of a compressor (6 ') of the compressor unit (6) is connected or connectable. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Druckleitung (7) zum Zuführen von verdichtetem Kältemittel von der Verdichtereinheit (6) zu dem Verflüssiger/Gaskühler (1) vorgesehen ist, und wobei ein Wärmetauscher (E6) vorgesehen ist, in dem aus dem Sammelbehälter (3) abgezogenes Flashgas gegen verdichtetes Kältemittel in der Druckleitung (7) überhitzt wird.Refrigeration circuit according to one of the preceding claims, wherein a pressure line (7) for supplying compressed refrigerant from the compressor unit (6) to the condenser / gas cooler (1) is provided, and wherein a heat exchanger (E6) is provided, in which from the collecting container (3) flashed flash gas is overheated against compressed refrigerant in the pressure line (7). Kältekreislauf nach Anspruch 8, wobei das Flashgas nach Durchgang durch den Wärmetauscher/Überhitzer (E6) über eine Leitung (16') dem Eingang des Verdichters (6') der Verdichtereinheit (6) zugeführt wird.Refrigeration circuit according to claim 8, wherein the flash gas after passing through the heat exchanger / superheater (E6) via a line (16 ') to the input of the compressor (6') of the compressor unit (6) is supplied. Kältekreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das von dem Sammelbehälter (3) abgezogene Kältemittel über eine Leitung (8) einem oder mehreren Tiefkühlverbrauchern (E4), denen ein Entspannungsventil (d) vorgeschaltet ist, zugeführt wird.Refrigeration circuit according to one of the preceding claims, wherein the withdrawn from the collecting container (3) refrigerant via a line (8) to one or more Tiefkühlverbrauchern (E4), which is preceded by an expansion valve (d), is supplied. Kältekreislauf nach Anspruch 10, wobei eine Verdichtereinheit (10) vorgesehen ist, die über eine Saugleitung (9) mit in dem Tiefkühlverbraucher (E4) verdampften Kältemittel versorgt wird, und wobei das in der Verdichtereinheit (10) verdichtete Kältemittel über eine Saugleitung (11) der Verdichtereinheit (6) zugeführt wird.Refrigeration circuit according to claim 10, wherein a compressor unit (10) is provided, which is supplied via a suction line (9) with in the freezer (E4) evaporated refrigerant, and wherein the compressed in the compressor unit (10) refrigerant via a suction line (11). the compressor unit (6) is supplied. Verfahren zum überkritischen Betrieb eines Kältekreislaufes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem ein ein- oder mehrkomponentiges Kältemittel, insbesondere CO2, zirkuliert, wobei in der zwischen dem Verflüssiger/Gaskühler (1) und dem Sammelbehälter (3) angeordneten Zwischen-Entspannungsvorrichtung (a) eine Entspannung des Kältemittels auf einen Zwischendruck von 5 bis 40 bar erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch ein Entspannungsventil (e) in der Verbindungsleitung (11, 12), die den Gasraum des Sammelbehälters (3) mit dem Eingang der Verdichtereinheit (6) verbindet und in die Saugleitung (5) vor der Verdichtereinheit (6) mündet, der Zwischendruck konstant gehalten wird.A method for supercritical operation of a refrigeration cycle according to any one of the preceding claims, in which a one- or multi-component refrigerant, in particular CO 2 , circulates, wherein in between the condenser / gas cooler (1) and the collecting container (3) arranged intermediate expansion device (a ) a relaxation of the refrigerant to an intermediate pressure of 5 to 40 bar,
characterized in that
by an expansion valve (e) in the connecting line (11, 12), which connects the gas space of the collecting container (3) with the input of the compressor unit (6) and opens into the suction line (5) in front of the compressor unit (6), the intermediate pressure is constant is held. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Kältemittel (2) vor seiner Zwischen-Entspannung (a) abgekühlt wird, wobei die Abkühlung (E1) des Kältemittels (2) insbesondere gegen einen Teilstrom des Kältemittels (13) erfolgt.The method of claim 12, wherein the refrigerant (2) is cooled before its intermediate relaxation (a), wherein the cooling (E1) of the refrigerant (2) takes place in particular against a partial flow of the refrigerant (13). Verfahren nach Anspruch 13, wobei das aus dem Sammelbehälter (3) abgezogene Kältemittel (4) unterkühlt wird.The method of claim 13, wherein the withdrawn from the collecting container (3) refrigerant (4) is supercooled. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei zumindest ein Teilstrom des aus dem Sammelbehälter (3) abgezogenen Flashgases (12) zumindest zeitweilig gegen das verdichtete Kältemittel (7) überhitzt wird.Method according to one of claims 12 to 14, wherein at least a partial stream of the withdrawn from the collecting container (3) flash gas (12) is at least temporarily overheated against the compressed refrigerant (7). Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Zwischendruck mittels wenigstens eines Ventils (e, h, j) auf einen konstanten Wert und/oder auf eine konstante Differenz zu dem Saugdruck geregelt wird, wobei diese Regelung insbesondere über das Entspannungsventil (e) in der Leitung (12) und über das Entspannungsventil (h) in der Leitung (17) und/oder über das Entspannungsventil (j) in der Leitung (18) erfolgt.Method according to one of claims 12 to 15, wherein the intermediate pressure is controlled by means of at least one valve (e, h, j) to a constant value and / or to a constant difference to the suction pressure, said control in particular via the expansion valve (e) in the conduit (12) and via the expansion valve (h) in the conduit (17) and / or via the expansion valve (j) in the conduit (18).
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