WO2022101139A2 - Temperature control system and method for operating a temperature control system - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a temperature control system, comprising a medium to be temperature-controlled, with which at least one heat exchanger interacts to absorb heat from the medium, and a refrigerant circuit which supplies the at least one heat exchanger with refrigerant for expansion and, for this purpose, at least one compressor stage that compresses refrigerant expanded in the heat exchanger and a heat exchanger that dissipates heat from the compressed refrigerant and a control valve for controlling the mass flow of the compressed refrigerant to the at least one heat exchanger for absorbing heat.
- the invention is therefore based on the object of improving a temperature control system of the generic type in such a way that such temperatures can also be achieved with the least possible effort.
- the first heat exchanger is designed in such a way that, following a supply line, the refrigerant enters a refrigerant distributor and, starting from there, enters at least one heat exchanger channel through at least one nozzle element that limits the mass flow and expanded in this.
- the refrigerant expands by sublimation in the heat exchanger channel that is connected to the nozzle element.
- the refrigerant is present both in the refrigerant distributor and in the nozzle element at a pressure which is above the pressure of the triple point of the refrigerant, which is in particular CO2, optionally with additives such as hydrocarbons. and which then expands on entering the heat exchanger channel to a pressure which is below the triple point of the refrigerant, so that the refrigerant changes partly into the solid phase and partly into the gas phase and from there the solid phase then changes into the gas phase by sublimation .
- a heat exchanger of this type it is possible in particular to use environmentally friendly refrigerants, for example comprising carbon dioxide (CO2), optionally with additives, for example hydrocarbons.
- environmentally friendly refrigerants for example comprising carbon dioxide (CO2)
- additives for example hydrocarbons.
- the object mentioned at the beginning is achieved according to the invention in a temperature system of the type described at the outset in that a first and a second heat exchanger interact with the medium, that the first heat exchanger is designed to cool the medium to temperatures of less than approximately 223 K that the second heat exchanger is designed to cool the medium to temperatures above approximately 223 K and that the refrigerant circuit is designed such that during operation it feeds either refrigerant into the first heat exchanger or into the second heat exchanger.
- a temperature of approximately 223 K means temperatures in the range from 220 K to 230 K, preferably from 220 K to 225 K.
- a particularly favorable solution provides that the refrigerant circuit has a supply line to the first heat exchanger and a supply line to the second heat exchanger, and that a control valve controlled by a controller of the refrigerant circuit is provided in each of the supply lines for controlling the mass flow supplied to the respective heat exchanger.
- a change between the operation of the first heat exchanger and the second heat exchanger can thus be implemented in a simple manner.
- a controller feeds compressed refrigerant from the refrigerant circuit to either the second heat exchanger or the first heat exchanger in a mass flow-controlled manner in order to reduce the amount of heat absorbed by the respective heat exchanger and thus also the to control the temperature of the medium.
- a simple way of operating the second heat exchanger provides that an expansion element is arranged in the supply line to the second heat exchanger, which expands the refrigerant so that it can absorb heat in the second heat exchanger.
- the expansion element could be provided in the supply line to the second heat exchanger.
- control valve is operated in such a way that it simultaneously acts as an expansion element for the second heat exchanger.
- any refrigerant suitable for such temperatures can be used in the present invention.
- the use of carbon dioxide (CO2) as a refrigerant is particularly advantageous for reasons of environmental compatibility.
- the refrigerant in the second heat exchanger is expanded at a pressure above the sublimation range of the refrigerant, so that it can be operated in a simple manner.
- the second heat exchanger is preferably designed structurally as a conventional heat exchanger, in which the supplied refrigerant expands.
- the refrigerant circuit has a first compressor stage and at least one second compressor stage working in series with it, and that the first compressor stage compresses the refrigerant from a suction pressure corresponding to the expansion pressure in the respective heat exchanger to an intermediate pressure and that the second compressor stage compresses the refrigerant from the intermediate pressure to high pressure.
- a single compressor stage is provided, this is realized by a refrigerant compressor. If two or more compressor stages are provided, these can be realized both by a multi-stage refrigerant compressor and by multiple refrigerant compressors.
- the first compressor stage feeds the refrigerant to a heat exchanger to heat the refrigerant before it enters the second compressor stage, in order to achieve a sufficiently low temperature of the refrigerant before it enters the second compressor stage.
- a connecting line is advantageously provided in the refrigerant circuit with a control valve controlled in particular by a controller of the refrigerant circuit, with which gaseous refrigerant compressed from the first compressor stage to an intermediate pressure can be fed to a suction line of the first refrigerant compressor stage.
- Such a connecting line has the advantage that when a very small flow of refrigerant flows through the respectively active heat exchanger, it can be used to maintain a sufficiently large flow of refrigerant through the first compressor stage.
- the refrigerant compressed to high pressure first undergoes a desuperheating in a heat exchanger and subsequently undergoes liquefaction in a heat exchanger.
- the refrigerant circuit supplies the liquefied refrigerant either to the first heat exchanger or to the second heat exchanger for absorbing heat.
- a further advantageous solution of the temperature control system according to the invention provides that after the high-pressure side heat exchanger that liquefies the refrigerant, the refrigerant is expanded by an expansion element to a medium pressure and enters a medium-pressure separator, in which the gaseous and liquid phases are separated and that a supply the liquid phase to the first or second heat exchanger taking up heat from the medium.
- This solution has the advantage that by reducing the pressure of the liquefied refrigerant to the medium pressure, the control of the first or second heat exchanger can be carried out with increased precision and efficiency.
- At least one compressor stage is assigned a connecting line with a control valve, which is controlled in particular by a controller of the refrigerant circuit, with which the gaseous phase collecting in the medium-pressure separator is fed to a suction line of the at least one Compressor stage can be supplied, so that on the one hand a suction-side cooling of the respective compressor stage can take place and on the other hand the medium pressure in the medium-pressure separator can be maintained in a defined manner.
- a further advantageous solution provides that at least one compressor stage is assigned a connecting line with a control valve controlled in particular by a controller of the refrigerant circuit, with which gaseous refrigerant compressed to high pressure can be fed to a suction line of the at least one compressor stage.
- This connecting line has the advantage that when a low cooling capacity is required in the heat exchangers and the refrigerant flow through the respective active heat exchanger is very low, a sufficiently large refrigerant flow can nevertheless be maintained through the respective refrigerant compressor stage.
- At least one compressor stage in the refrigerant circuit is assigned a connecting line with a control valve controlled in particular by a controller of the refrigerant circuit, with which liquid refrigerant compressed to high pressure can be fed to a suction line of the at least one compressor stage.
- This solution has the advantage that it makes it possible to reduce the temperature of the refrigerant sucked in through the suction line in a simple manner in order to avoid overheating of the compressor stage.
- At least one compressor stage is assigned a connecting line with a control valve controlled in particular by a controller of the refrigerant circuit, with which compressed liquid refrigerant at medium pressure can be fed to a suction line of the at least one compressor stage.
- the second heat exchanger is connected on the outlet side to a suction line of the first compressor stage or the second compressor stage, wherein a connection to the second compressor stage offers an efficiency advantage at a high expansion pressure in the second heat exchanger.
- a container for receiving gaseous refrigerant under high pressure is provided in the refrigerant circuit, in which this can be temporarily stored in order to temporarily withdraw refrigerant from the refrigerant circuit.
- the temporarily stored refrigerant which is temporarily stored at high pressure, can be fed to a suction line of a compressor stage.
- a lubricant separator for separating lubricant is provided in the refrigerant circuit following the respective compressor stage.
- the lubricant separator is expediently provided with a return for the separated refrigerant to the respective compressor stage.
- the invention also relates to a temperature testing or temperature simulation system which is characterized in that it comprises a temperature control system according to one of the preceding claims and that a heater is also provided with which the medium can be heated in addition to cooling to implement temperature cycles.
- the invention relates to a method for operating a temperature control system, comprising a medium to be temperature-controlled, with which at least one heat exchanger interacts to absorb heat from the medium, and a refrigerant circuit, which supplies the at least one heat exchanger with refrigerant for expansion and for this purpose comprises at least one compressor stage compressing refrigerant expanded in the heat exchanger and a heat exchanger dissipating heat from the compressed refrigerant as well as a control valve for controlling the mass flow of the compressed refrigerant to the at least one heat exchanger for absorbing heat.
- this object is achieved according to the invention in that, in the first heat exchanger, the refrigerant is fed to a refrigerant distributor following a feed line and, proceeding from there, is fed through at least one nozzle element that limits the mass flow to at least one heat exchanger channel and expands there.
- the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor at a pressure above a triple point of the refrigerant.
- the coolant is supplied to the coolant distributor in a supercritical state of the latter.
- the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor in a liquid and a gaseous phase.
- the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor in the liquid phase.
- the refrigerant is supplied to the nozzle element at such a pressure and is guided in it that there is no expansion of the refrigerant to a pressure below the triple point of the same, so that it can be avoided in particular that in the nozzle element forms a solid phase of the refrigerant and possibly causes a partial blockage in this.
- the refrigerant in the heat exchanger channel adjoining the nozzle element is expanded to a pressure in the sublimation region of the refrigerant, i.e. part of the refrigerant in the heat exchanger channel changes into the gas phase and part of the refrigerant to the solid phase and from this to the gas phase by sublimation, whereby the desired low temperatures below approximately 223 K can be achieved.
- a further expedient solution provides that the refrigerant in the at least one heat exchanger channel is kept at a pressure corresponding to a sublimation pressure of the refrigerant.
- the above-mentioned object is achieved alternatively or additionally in a method of the type described above according to the invention in that a first and a second heat exchanger interact with the medium, that the first heat exchanger is used to cool the medium to temperatures of less than approximately 223 K and that the second heat exchanger is used to cool the medium to temperatures above approximately 223 K and that the refrigerant circuit is operated in such a way that it feeds either refrigerant into the first heat exchanger or into the second heat exchanger.
- a particularly favorable solution provides that the refrigerant circuit has a supply line to the first heat exchanger and a supply line to the second heat exchanger and that in each of the supply lines the mass flow supplied to the respective heat exchanger is controlled by a controller of the refrigerant circuit.
- compressed refrigerant from the refrigerant circuit is supplied in a temperature-controlled manner either to the second heat exchanger or to the first heat exchanger.
- An advantageous solution provides that the refrigerant expands in the supply line to the second heat exchanger, so that already expanded refrigerant enters the second heat exchanger.
- the second heat exchanger is operated in such a way that the refrigerant expands in it at a pressure above the sublimation range of the refrigerant, ie conventional expansion of the refrigerant takes place starting from an expansion pressure above a triple point of the refrigerant.
- the second heat exchanger is designed as a conventional heat exchanger.
- the solution according to the invention advantageously provides that a first compressor stage and at least one second compressor stage working in series with it are provided in the refrigerant circuit, that the refrigerant is compressed from a suction pressure to an intermediate pressure with the first compressor stage and that with the second Compressor stage, the refrigerant is compressed from the intermediate pressure to high pressure.
- the refrigerant from the first compressor stage is fed to a heat exchanger to heat the refrigerant before it enters the second compressor stage.
- gaseous refrigerant compressed by the first compressor stage to an intermediate pressure is fed to the first compressor stage on the suction side as required.
- the refrigerant circuit according to the invention when operated, it is preferably provided that the refrigerant compressed to high pressure is first deheated in a heat exchanger and then liquefied in a heat exchanger, so that the refrigerant compressed to high pressure can be efficiently cooled, in particular since the deheating can take place against ambient air, so that a refrigeration circuit may also be required only for liquefaction.
- the liquefied refrigerant is fed to either the first heat exchanger or the second heat exchanger in a temperature-controlled manner to absorb heat from the medium, with the temperature control being based on the required temperature for the medium .
- a further advantageous solution provides that after the high-pressure side has been liquefied, the refrigerant is expanded to a medium pressure and collected in a medium-pressure separator, in which the gaseous and liquid phases are separated and that the liquid phase absorbs heat from the medium first or second Heat exchanger is supplied temperature-controlled, the temperature in this case also being based on the temperature required for the medium.
- At least one compressor stage is supplied with a gaseous phase collecting in the medium-pressure separator on the suction side in a medium-pressure-controlled manner, i.e. the supply of the gaseous phase to the respective suction side of the compressor stage is controlled by a controller or regulation for the medium pressure, which is detected, for example, in the medium-pressure separator.
- a further advantageous solution provides that gaseous refrigerant compressed to high pressure is fed to at least one compressor stage on the suction side as required, with this serving in particular to ensure that a sufficiently large amount of refrigerant is available in the case in which a relatively low cooling capacity is required in the first or second heat exchanger To provide compression of the compressor stage.
- an advantageous solution provides that liquid refrigerant compressed to high pressure is fed to at least one compressor stage on the suction side in a demand-controlled manner.
- This solution also serves to ensure a sufficiently low temperature of the refrigerant on the suction side of the compressor stage in order to prevent the compressor stage from overheating.
- an advantageous solution provides that at least one compressor stage is supplied with compressed liquid refrigerant at medium pressure on the suction side in a demand-controlled manner.
- a further advantageous solution provides that expanded refrigerant from the second heat exchanger is fed to the first compressor stage or the second compressor stage on the suction side in order to achieve the most efficient possible compression of the refrigerant, which expands at a higher pressure, in the second heat exchanger.
- the intermediately stored refrigerant is supplied to a compressor stage on the suction side in a demand-controlled manner.
- lubricant In order to keep the circulation of lubricant components in the refrigerant as low as possible in the refrigerant circuit according to the invention, provision is preferably made for lubricant to be separated in the refrigerant circuit after the respective compressor stage.
- the lubricant separated in the process can in particular be returned to the respective compressor stage.
- the invention also relates to a method for operating a temperature testing or temperature simulation system, the method being carried out according to one of the above features of the temperature control system and the medium being additionally heated by a heater provided in the room in order to implement temperature cycles.
- Temperature control system (10 comprising a medium (14) to be temperature-controlled, with which at least one heat exchanger (32, 34) for absorbing heat from the medium (14) interacts, and a refrigerant circuit (30) which the at least one Heat exchanger (32, 34) supplies refrigerant for expansion, and for this purpose at least one compressor stage (102) compressing expanded refrigerant in the heat exchanger (32, 34) and a heat exchanger (122, 126) dissipating heat from the compressed refrigerant and a control valve (82, 84) for controlling the mass flow of the compressed refrigerant for at least one Heat exchanger (32, 34) for absorbing heat, a first heat exchanger (32) being designed such that in the first heat exchanger (32) following a supply line (33), the refrigerant enters a refrigerant distributor (36) and from this proceeding through at least one nozzle element (42) limiting the mass flow, enters at least one heat exchanger channel (44) and expands therein.
- Temperature control system (10) according to the preamble of embodiment 1 or according to one of the preceding embodiments, wherein a first (32) and a second heat exchanger (34) interact with the medium (14) so that the first heat exchanger (32) for cooling the Medium (14) is designed for temperatures of less than approximately 223 K, that the second heat exchanger (34) is designed to cool the medium to temperatures above approximately 223 K and that the refrigerant circuit (30) is designed in such a way that, during operation, it either Feeds refrigerant into the first heat exchanger (32) or into the second heat exchanger (34).
- Temperature control system wherein the refrigerant circuit (30) has a feed line (33) to the first heat exchanger (32) and a feed line (35) to the second heat exchanger (34), and that in each of the feed lines (33, 35 ) a control valve (82, 84) controlled by a controller (86) of the refrigerant circuit (30) is provided for controlling the mass flow fed to the respective heat exchanger (32, 34). 5. Temperature control system according to embodiment 3 or 4, wherein a controller (86) supplies compressed refrigerant to either the second heat exchanger (34) or the first heat exchanger (32), depending on the required temperature of the medium (14) to be cooled in the space (12). temperature-controlled to the refrigerant circuit (30).
- Temperature control system according to embodiment 9, wherein the first compressor stage (102a) feeds the refrigerant to a heat exchanger (142) to heat the refrigerant before it enters the second compressor stage (102b).
- a connecting line (152) with a control valve (154) is provided in the refrigerant circuit (30), with which from the first compressor stage (102a) compressed to intermediate pressure gaseous refrigerant of a suction line of the first refrigerant compressor stage ( 102a) can be supplied.
- Temperature control system wherein the refrigerant circuit (30) supplies the liquefied refrigerant either to the first heat exchanger (32) or to the second heat exchanger (34) for absorbing heat.
- Temperature control system wherein at least one compressor stage (102, 102a, 102b) is assigned a connecting line (172) with a control valve (174), with which the gaseous phase (168) collecting in the medium-pressure separator (164) leads to a suction line (92, 92a, 92) to which at least one compressor stage (102, 102a, 102b) can be fed.
- at least one compressor stage (102, 102a, 102b) is assigned a connecting line (172) with a control valve (174), with which the gaseous phase (168) collecting in the medium-pressure separator (164) leads to a suction line (92, 92a, 92) to which at least one compressor stage (102, 102a, 102b) can be fed.
- At least one compressor stage (102a, 102a, 102b) is assigned a connecting line (132) with a control valve (134), with which gaseous refrigerant compressed to high pressure is fed to a suction line (92, 92a, 92b) the at least one compressor stage (102, 102a, 102b) can be supplied.
- At least one compressor stage (102, 102a, 102b) in the refrigerant circuit (30) is assigned a connecting line (136) with a control valve (138), with which liquid refrigerant compressed to high pressure is fed to a suction line ( 92, 92a, 92b) which can be fed to the at least one compressor stage (102).
- At least one compressor stage (102, 102a, 102b) is assigned a connecting line (176) with a control valve (178), with which compressed liquid refrigerant at medium pressure is fed to a suction line (92, 92a, 92b) the at least one compressor stage (102, 102a, 102b) can be supplied.
- Temperature control system according to the preamble of embodiment 1 or according to one of the preceding embodiments, wherein in the refrigerant circuit (30) a container (142) for receiving gaseous refrigerant under high pressure is provided, in which this can be temporarily stored to the refrigerant circuit ( 30) To withdraw refrigerant temporarily.
- a container (142) for receiving gaseous refrigerant under high pressure is provided, in which this can be temporarily stored to the refrigerant circuit ( 30) To withdraw refrigerant temporarily.
- 21 Temperature control system according to embodiment 20, wherein the intermediately stored refrigerant can be fed to a suction line (92) of a compressor stage (102).
- Temperature control system according to one of the preceding embodiments, wherein a lubricant separator (114) for separating lubricant is provided following the respective compressor stage (102) in the refrigerant circuit (30).
- Temperature testing system or temperature simulation system this having a temperature control system (10) according to one of the preceding embodiments and that this additionally has a heater (180) for heating the medium (14).
- Method for operating a temperature control system (10), comprising a medium (14) to be temperature-controlled, with which at least one heat exchanger (32, 34) for absorbing heat from the medium (14) interacts, and a refrigerant circuit (30), which supplies the at least one heat exchanger (32, 34) with refrigerant for expansion and for this purpose at least one compressor stage (102) compressing expanded refrigerant in the heat exchanger (32, 34) and a heat exchanger (122, 126) dissipating heat from the compressed refrigerant and a control valve (82, 84) for controlling the mass flow of the compressed refrigerant to the at least one heat exchanger (32, 34) for absorbing heat, with the refrigerant being fed to a refrigerant distributor (36) following a supply line (33) in the first heat exchanger (32).
- Method for operating a temperature testing system or a temperature simulation system this being carried out according to a method according to one of the embodiments 25 to 54 and additionally the medium (14) is heated by a heater (180) in a demand-controlled manner.
- FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention
- FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a first heat exchanger according to the invention
- FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention
- 4 shows a third exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention
- FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention.
- FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention.
- FIG. 7 shows a sixth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention.
- FIG. 8 shows a seventh exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention.
- FIG. 10 shows a ninth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention.
- a first exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention is used for tempering a thermally insulated space, denoted as a whole by 12, in which a medium 14 to be tempered is arranged.
- This medium 14 can be a gas, in particular air, for example, it being possible for the gas to be circulated in the space 12 by a blower, for example, in order to temper an object 18 arranged in the space 12 , for example.
- the space 12 is arranged in a thermally insulated chamber 20 which represents, for example, a test chamber of a temperature test system or an environmental simulation system.
- the medium 14 can be a liquid or phase-changing heat transport medium, for example a brine, or a gaseous medium with which any other objects can be cooled or tempered, for example by means of a heat exchanger.
- a liquid or phase-changing heat transport medium for example a brine, or a gaseous medium with which any other objects can be cooled or tempered, for example by means of a heat exchanger.
- a refrigerant circuit designated as a whole by 30 is provided, in which a first heat exchanger 32 and a second heat exchanger 34 are arranged, in which a refrigerant circulated in the refrigerant circuit 30 expands to absorb heat from the medium 14.
- the first heat exchanger 32 comprises a feed line 33 for the refrigerant, from which the refrigerant enters a refrigerant distributor, designated as a whole with 36, and is supplied to a plurality of nozzle elements 42, in particular designed as nozzle channels, in an interior space of the latter , via which the refrigerant enters heat exchanger channels 44 of heat exchanger elements 46, expands in these and leaves the heat exchanger channels 44 after passing through them and enters a refrigerant collector 52, which discharges the refrigerant into a return line 54.
- a refrigerant distributor designated as a whole with 36
- nozzle elements 42 in particular designed as nozzle channels
- the nozzle elements 42 are designed, for example with regard to their cross-sectional area, such that the refrigerant flows in them at the critical speed, ie in this case the speed of sound, and thus essentially an isenthalpic expansion of the refrigerant takes place in the nozzle channels. This means that after the refrigerant has exited from the nozzle channels 42 into the respective heat exchanger channels 44 , the expansion of the refrigerant leading to the absorption of heat takes place.
- the refrigerant is supplied via the supply line 33 to the refrigerant distributor 36 and there to the nozzle elements 42 at a pressure level which is above the triple point, for example in the range between 10 bar and 160 bar, preferably in the range from 70 bar to about 140 bar and in particular in the range from 10 bar to about 70 bar.
- the pressure in the respective nozzle element 42 is then reduced, but at the transition from the nozzle element 42 into the heat exchanger channel 44 it is preferably still above the triple point of the refrigerant, in the case of CO2 above the triple point of CO2, so that essentially sublimation of the refrigerant in the nozzle passage 42 is prevented.
- the pressure on the outlet side of the nozzle channel is preferably in the range greater than 6 bar, for example in the range from approximately 6 bar to approximately 40 bar.
- the pressure of the refrigerant is therefore only below the pressure of the refrigerant in the triple point in the heat exchanger channel 44, so that a solid phase of the refrigerant forms and sublimation of the refrigerant, i.e. in this case CO2 for example, occurs so that the refrigerant on its path through the heat exchanger channel 44 in the respective heat exchanger body 46 completely changes into the gaseous state and in the process can absorb heat from a heat flow 58 flowing around the heat exchanger body 46 .
- gaseous refrigerant is preferably present in the refrigerant collector 52 , which emerges from the heat exchanger channel 44 , is collected by the refrigerant collector 52 and is fed to the return line 54 .
- the nozzle elements 42 have a limiting effect on the mass flow of the refrigerant if they have a cross-sectional area which, based on a transition into a subsequent heat exchanger channel 44, is at most 0.05 mm 2 or less, preferably at most 0.01 mm 2 or less better is at most 0.05 mm 2 or less.
- nozzle elements 42 carry refrigerant to a heat exchanger channel, the maximum cross-sectional areas should be made even smaller by a factor corresponding to the number of nozzle elements.
- the heat exchanger channels 44 it is preferably provided that they have a cross-sectional area of less than 8 mm 2 , better less than 4 mm 2 and even better less than 1.5 mm 2 in order to obtain optimum heat transfer, particularly with the sublimating refrigerant .
- the second heat exchanger 34 is designed as a conventional heat exchanger, for example as an evaporator, which means that the refrigerant supplied via a supply line 35 in the heat exchanger 34 does not experience any mass flow limitation that significantly influences the expansion of the refrigerant and thus its function.
- the second heat exchanger 34 represents a conventional refrigerant heat exchanger operating at pressures above the triple point.
- the first heat exchanger 32 and the second heat exchanger 34 are connected in parallel in the refrigerant circuit 30, with a control valve 82 or 84 being arranged in the supply lines 33 or 35 to the first heat exchanger 32 or the second heat exchanger 34, which once serves to supply coolant to either the first heat exchanger 32 or the second heat exchanger 34 by means of a controller 86 .
- controller 86 is able to control the refrigerant flow to the respective heat exchanger 32 or 34 quantitatively, for example by pulse operation.
- an expansion element is to be provided in the supply line 35 of the second heat exchanger 34, but this can also be formed, for example, by the control valve 84 with appropriate activation by the controller 86, in order to bring the refrigerant to the inlet side of the second heat exchanger 34 at a pressure intended for expansion to feed
- a check valve designated as a whole by 88 , which prevents coolant from flowing back into the second heat exchanger 34 .
- the return lines 54 and 74 from the two heat exchangers 32 and 34 are connected to a suction line 92 of a compressor stage 102, so that the expanded refrigerant either from the first heat exchanger 32 or from the second heat exchanger 34 through the refrigerant compressor stage 102 from the in
- the suction pressure present in the suction line 92 is compressed to a high pressure present in a high-pressure line 112 on the output side of the compressor stage.
- the first compressor stage 102 is implemented, for example, by a single-stage refrigerant compressor.
- a lubricant separator 114 is preferably provided in high-pressure line 112, which leads the separated lubricant back to first compressor stage 102 via a return line 116.
- a heat exchanger 122 on the high-pressure side, which is used to heat the compressed refrigerant and emits a flow of heat 124 to the environment, preferably ambient air.
- Heat exchanger 122 is followed by a further heat exchanger 126, which is used to liquefy the desuperheated refrigerant compressed to high pressure, which is then fed via a supply line 128 to the supply lines 33 or 35 of the heat exchangers 32 or 34, which are supplied in the manner described by of the controller 86 can be operated.
- a first connecting line 132 with a control valve 134 arranged in it is provided in the refrigerant circuit compressed, gaseous and desuperheated refrigerant branches off between the desheating heat exchanger 122 and the condensing heat exchanger 126 and the suction line 92 of the compression stage 102 can perform in order to operate the compression stage with a sufficient mass flow of refrigerant.
- a second connecting line 136 is provided with a control valve 138 arranged in it, with which there is the possibility of removing liquid refrigerant from the supply line 128 and feeding it to the suction line 92 in order to prevent the compressor stage 102 from overheating on the inlet side.
- a tank 142 is provided for holding gaseous, in particular desuperheated, refrigerant between heat exchanger 122 and heat exchanger 126, with this taking place via a control valve 144 arranged on the inlet side of tank 142 for controlling the inflow and on the outlet side of the container 142, a control valve 146 is provided, which is able, if necessary in the refrigerant circuit, to release refrigerant from the container into the suction line 92.
- FIG. 3 In a second exemplary embodiment of a temperature control system 10′ according to the invention, shown in FIG. 3, those elements which are identical to those of the first exemplary embodiment are provided with identical reference symbols, so that with regard to the description of the same, reference can be made in full to the explanations relating to the first exemplary embodiment .
- the refrigerant circuit 30' includes not only a compressor stage 102, but a first compressor stage 102a and a second compressor stage 102b, with each of the compressor stages being arranged downstream of a lubricant separator 114, as was described in connection with the first exemplary embodiment.
- the first and the second compressor stage 102a and 102b can be realized either by a two-stage refrigerant compressor or by two refrigerant compressors. However, more than two compressor stages are also conceivable.
- a heat exchanger 142 is provided downstream of the lubricant separator 114 of the first compressor stage 102a, with which the refrigerant compressed by the first compressor stage 102a to an intermediate pressure is cooled, which is then in turn compressed by the second compressor stage 102b from the intermediate pressure to high pressure.
- a connecting line 132a or 132b with the respective control valve 134a or 134b is provided for each of the compressor stages 102a and 102b, which makes it possible to supply gaseous refrigerant compressed to high pressure to the respective suction line 92a or 92b.
- a connecting line 136a or 136b with the respective control valve 138a or 138b is provided, which makes it possible to supply liquid or supercritical refrigerant under high pressure to the respective suction line 92a or 92b of the respective compressor stage 102a or 102b.
- a connecting line 152 with a control valve 154 is also provided, which makes it possible to supply gaseous refrigerant, compressed to intermediate pressure and deheated by the heat exchanger 142, to the suction line 92a and thus creating a bypass to the first compressor stage 102a.
- a third exemplary embodiment of a temperature control system 10" according to the invention shown in Fig. 4, those elements which are identical to those of one of the preceding exemplary embodiments are provided with the same reference symbols, so that the description of the same can be fully referred to the statements relating to the preceding Embodiments can be referred.
- the third exemplary embodiment provides that the return line 74 of the second heat exchanger 34 is not connected to the suction line 92a of the first refrigerant compressor stage 102a, but to the suction line 92b of the second compressor stage 102b, if it is assumed that the expansion pressure in the second heat exchanger 34 is higher than that of the first heat exchanger 32, so that this solution works more efficiently.
- a fourth exemplary embodiment of a temperature control system 10"' according to the invention shown in FIG. 5, in particular those elements which are identical to those of the preceding exemplary embodiments are provided with the same reference numerals, so that with regard to the description of the same, reference is made to the statements relating to the preceding exemplary embodiments in full can be referred to.
- an expansion element 162 is provided in the temperature control system 10"' in the supply line 128 after the heat exchanger 126 that liquefies the refrigerant compressed to high pressure, which expands the liquid or supercritical refrigerant to medium pressure and a medium-pressure separator 164, in which a bath 166 of liquid refrigerant and a gas bubble 168 of gaseous refrigerant are then formed, with the liquid refrigerant from the bath 166 being fed to the feed lines 33 and 35 to the heat exchangers 32 and 34, respectively.
- connecting line 172 in addition to the connecting line 172 with the control valve 174, which supplies gaseous refrigerant from the gas bladder 168 to the suction line 92 of the compressor stage 102, there is also a connecting line 176 which also has a control valve 178 and is capable of supplying liquid refrigerant branch off from the bath 166, which is fed to the feed lines 33 and 35, and feed it to the suction line 92 of the compression stage 102.
- This connecting line 176 creates the possibility, with a further degree of freedom, of influencing the temperature of the coolant in the suction line 92 to the compressor stage 102 in a way that is optimal for the compressor stage 102 .
- a sixth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention shown in FIG. 7 those elements which are identical to those of the preceding exemplary embodiments are provided with the same reference symbols, so that reference can be made to the explanations relating to the preceding exemplary embodiments with regard to the description of the same.
- two compressor stages 102a and 102b with the lubricant separators 114 are provided.
- connection pipe 132a with the control valve 134a and the connection pipe 132b with the control valve 134b are provided in the same manner as in the second and third embodiments.
- connecting lines 136a with the control valves and 136b and the associated control valves 138a and 138b are provided, with which gaseous refrigerant under high pressure can be fed to the suction lines 92a and 92b.
- the gaseous refrigerant from the gas bladder 168 is connected via the connecting line 172a to the suction line 92a of the first compressor stage 102a, controlled by the control valve 174a, and at the same time a connecting line 172b is provided with a control valve 174b. which gaseous refrigerant from the gas bubble 168 of the suction line 92b of the second compressor stage 102b can be fed.
- the return line 74 of the second heat exchanger 34 is routed to the suction line 92b of the second compressor stage 102b in the same way as in the third exemplary embodiment.
- a seventh exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention shown in FIG. 8, those elements which are identical to the preceding exemplary embodiments are provided with the same reference symbols, so that reference can be made to the explanations relating to these exemplary embodiments with regard to the description of the same.
- the connecting lines 136a and 136b with the corresponding control valves 138a and 138b for supplying gaseous refrigerant to the respective suction lines 92a and 92b of the compressor stages 102a and 102b are missing in the seventh exemplary embodiment.
- connecting lines 176a and 176b with the corresponding control valves 178a and 178b are provided, similar to the sixth exemplary embodiment, which enable refrigerant, which is supplied from the bath 166 of the medium-pressure separator 164 to the feed lines 54 or 64 of the first heat exchanger 32 or of the second heat exchanger 34, respectively , branched off and fed to the suction lines 92a and 92b for cooling the sucked gaseous refrigerant.
- the return line 74 of the second heat exchanger 34 is connected to the suction line 92b.
- FIG. 9 the connecting line 132a that is still present in the sixth and seventh exemplary embodiment according to FIGS Control valve 154 provided to simplify the system. Otherwise, the connecting lines 136a and 136b with the control valves 138a and 138b are still present, as are the connecting lines 172a and 172b with the control valves 174a and 174b, so that no further explanations are required for these.
- a ninth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention shown in FIG 72b to connect the second compressor stage 102b, but with the suction line 92a of the first compressor stage 102a.
- the temperature control system into a temperature testing or temperature simulation system, in which a heater 180 is also provided in the space 12, which allows the object 18 arranged in the space 12, for example by means of the medium 14, not only to cool, but also to heat up and thus subject to temperature cycles.
- the refrigerant circuit 30 can be operated optimally through the various connecting lines 132, 136, 172, 176, 152 in order to generate the required cooling capacity on the one hand and the individual compressor stage 102 or the two compressor stages 102a on the other and 102b to operate at optimum efficiency and operating conditions.
- the controller 86 expediently controls not only the control valves 82 and 84 but at least one of the other control valves 134, 138, 144, 146, 154, 174, 178, according to the required cooling capacity or temperature in the room 12 and for the Compressor stages 102, 102a, 102b suitable operating conditions by detecting the occurring pressures and temperatures.
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Abstract
The invention relates to a temperature control system, comprising: a medium to be temperature-controlled, with which at least one heat exchanger for absorbing heat from the medium interacts; a refrigerant circuit which supplies refrigerant to the at least one heat exchanger for expansion; for this purpose, at least one compressor stage which compresses refrigerant expanded in the heat exchanger; a heat exchanger which dissipates heat from the compressed refrigerant; and a control valve for controlling the mass flow of the compressed refrigerant to the at least one heat exchanger for absorbing heat; wherein a first heat exchanger is designed such that, in said heat exchanger, the refrigerant enters a refrigerant distributor following a feed line and, proceeding from this, enters at least one heat exchanger channel through at least one nozzle element which limits the mass flow, and expands in said heat exchanger.
Description
TEMPERIERANLAGE UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER TEMPERIERANLAGE TEMPERATURE CONTROL SYSTEM AND METHOD OF OPERATING A TEMPERATURE CONTROL SYSTEM
Die Erfindung betrifft eine Temperieranlage, umfassend ein zu temperierendes Medium, mit welchem mindestens ein Wärmeübertrager zur Aufnahme von Wärme aus dem Medium zusammenwirkt, sowie ein Kältemittelkreislauf, welcher dem mindestens einen Wärmeübertrager Kältemittel zur Expansion zuführt und hierzu mindestens eine in dem Wärmeübertrager expandiertes Kältemittel verdichtende Verdichterstufe sowie einen aus dem verdichteten Kältemittel wärmeabführenden Wärmeübertrager sowie ein Steuerventil zur Steuerung des Massenstroms des verdichteten Kältemittels zu dem mindestens einen Wärmeübertrager zur Aufnahme von Wärme umfasst. The invention relates to a temperature control system, comprising a medium to be temperature-controlled, with which at least one heat exchanger interacts to absorb heat from the medium, and a refrigerant circuit which supplies the at least one heat exchanger with refrigerant for expansion and, for this purpose, at least one compressor stage that compresses refrigerant expanded in the heat exchanger and a heat exchanger that dissipates heat from the compressed refrigerant and a control valve for controlling the mass flow of the compressed refrigerant to the at least one heat exchanger for absorbing heat.
Derartige Temperieranlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt, bei diesen besteht jedoch das Problem, dass mit diesen Temperaturen, die unterhalb einer Temperatur im Bereich von 220 K bis 230 K, insbesondere unterhalb ungefähr 223 K, liegen, nicht sinnvoll realisierbar sind. Such temperature control systems are known from the prior art, but with these there is the problem that these temperatures, which are below a temperature in the range from 220 K to 230 K, in particular below approximately 223 K, cannot be reasonably implemented.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Temperieranlage der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, dass mit dieser auch derartige Temperaturen mit möglichst geringem Aufwand erreichbar sind. The invention is therefore based on the object of improving a temperature control system of the generic type in such a way that such temperatures can also be achieved with the least possible effort.
Diese Aufgabe wird bei einer Temperieranlage der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Wärmeübertrager so ausgebildet ist, dass bei diesem auf eine Zuleitung folgend das Kältemittel in einen Kältemittelverteiler eintritt und von diesem ausgehend durch mindestens ein massenstrombegrenzendes Düsenelement in mindestens einen Wärmeübertragerkanal eintritt und in diesem expandiert. In a temperature control system of the type described above, this object is achieved according to the invention in that the first heat exchanger is designed in such a way that, following a supply line, the refrigerant enters a refrigerant distributor and, starting from there, enters at least one heat exchanger channel through at least one nozzle element that limits the mass flow and expanded in this.
Um die gewünschten niedrigen Temperaturen zu erreichen, ist dabei zweckmäßigerweise vorgesehen, dass das Kältemittel in dem sich an das Düsenelement anschließenden Wärmeübertragerkanal durch Sublimation expandiert.
Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, dass das Kältemittel sowohl in dem Kältemittelverteiler als auch in dem Düsenelement jeweils bei einem Druck vorliegt, welcher über dem Druck des Tripelpunkts des Kältemittels liegt, bei welchem es sich insbesondere um CO2, gegebenenfalls mit Additiven, wie Kohlenwasserstoffe, handelt, und welches dann beim Eintritt in den Wärmeübertragerkanal auf einen Druck expandiert, der unterhalb des Tripelpunkts des Kältemittels liegt, so dass das Kältemittel zum Teil in die feste Phase und zum Teil in die Gasphase und ausgehend davon dann die feste Phase durch Sublimation in die Gasphase übergeht. In order to achieve the desired low temperatures, it is expediently provided that the refrigerant expands by sublimation in the heat exchanger channel that is connected to the nozzle element. For this purpose, it is preferably provided that the refrigerant is present both in the refrigerant distributor and in the nozzle element at a pressure which is above the pressure of the triple point of the refrigerant, which is in particular CO2, optionally with additives such as hydrocarbons. and which then expands on entering the heat exchanger channel to a pressure which is below the triple point of the refrigerant, so that the refrigerant changes partly into the solid phase and partly into the gas phase and from there the solid phase then changes into the gas phase by sublimation .
Bei einem derartigen Wärmeübertrager lassen sich insbesondere umweltfreundliche Kältemittel, beispielsweise umfassend Kohlendioxid (CO2), gegebenenfalls mit Additiven, beispielsweise Kohlenwasserstoffen, einsetzen. In a heat exchanger of this type, it is possible in particular to use environmentally friendly refrigerants, for example comprising carbon dioxide (CO2), optionally with additives, for example hydrocarbons.
Alternativ oder ergänzend wird die eingangs genannte Aufgabe wird bei einer Temperaturanlage der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit dem Medium ein erster und ein zweiter Wärmeübertrager Zusammenwirken, dass der erste Wärmeübertrager zur Kühlung des Mediums auf Temperaturen von weniger als ungefähr 223 K ausgebildet ist, dass der zweite Wärmeübertrager zur Kühlung des Mediums auf Temperaturen über ungefähr 223 K ausgebildet ist und dass der Kältemittelkreislauf so ausgebildet ist, dass dieser im Betrieb entweder Kältemittel in den ersten Wärmeübertrager oder in den zweiten Wärmeübertrager einspeist. Alternatively or additionally, the object mentioned at the beginning is achieved according to the invention in a temperature system of the type described at the outset in that a first and a second heat exchanger interact with the medium, that the first heat exchanger is designed to cool the medium to temperatures of less than approximately 223 K that the second heat exchanger is designed to cool the medium to temperatures above approximately 223 K and that the refrigerant circuit is designed such that during operation it feeds either refrigerant into the first heat exchanger or into the second heat exchanger.
Unter einer Temperatur von ungefähr 223 K sind im Rahmen der Anmeldung Temperaturen im Bereich von 220 K bis 230 K, vorzugsweise von 220 K bis 225 K zu verstehen. In the context of the application, a temperature of approximately 223 K means temperatures in the range from 220 K to 230 K, preferably from 220 K to 225 K.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass mit dem zweiten Wärmeübertrager in einfacher Weise und mit hoher Effizienz Temperaturen über ungefähr 223 K erreichbar sind und dass Temperaturen unterhalb ungefähr 223 K mit dem ersten Wärmeübertrager vorteilhaft realisierbar sind.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass der Kältemittelkreislauf eine Zuleitung zu dem ersten Wärmeübertrager und eine Zuleitung zu dem zweiten Wärmeübertrager aufweist und dass in jeder der Zuleitungen ein von einer Steuerung des Kältemittelkreislaufs gesteuertes Steuerventil zur Steuerung des dem jeweiligen Wärmeübertrager zugeleiteten Massenstroms vorgesehen ist. The advantage of this solution can be seen in the fact that temperatures above approximately 223 K can be achieved with the second heat exchanger in a simple manner and with high efficiency, and that temperatures below approximately 223 K can advantageously be realized with the first heat exchanger. A particularly favorable solution provides that the refrigerant circuit has a supply line to the first heat exchanger and a supply line to the second heat exchanger, and that a control valve controlled by a controller of the refrigerant circuit is provided in each of the supply lines for controlling the mass flow supplied to the respective heat exchanger.
Damit lässt sich in einfacher Weise ein Wechsel zwischen dem Betrieb des ersten Wärmeübertragers und des zweiten Wärmeübertragers realisieren. A change between the operation of the first heat exchanger and the second heat exchanger can thus be implemented in a simple manner.
Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Steuerung je nach geforderter Temperatur des in dem Raum vorgesehenen zu kühlenden Mediums entweder dem zweiten Wärmeübertrager oder dem ersten Wärmeübertrager verdichtetes Kältemittel massenstromgesteuert aus dem Kältemittelkreislauf zuführt, um damit die von dem jeweiligen Wärmeübertrager aufgenommene Wärmemenge und somit auch die Temperatur des Mediums zu steuern. In addition, it is preferably provided that, depending on the required temperature of the medium to be cooled in the room, a controller feeds compressed refrigerant from the refrigerant circuit to either the second heat exchanger or the first heat exchanger in a mass flow-controlled manner in order to reduce the amount of heat absorbed by the respective heat exchanger and thus also the to control the temperature of the medium.
Eine einfache Möglichkeit zum Betrieb des zweiten Wärmeübertragers sieht vor, dass in der Zuleitung zu dem zweiten Wärmeübertrager ein Expansionsorgan angeordnet ist, welches das Kältemittel expandiert, so dass dieses in dem zweiten Wärmeübertrager Wärme aufnehmen kann. A simple way of operating the second heat exchanger provides that an expansion element is arranged in the supply line to the second heat exchanger, which expands the refrigerant so that it can absorb heat in the second heat exchanger.
Das Expansionsorgan könnte zusätzlich zu dem vorstehend genannten Steuerventil in der Zuleitung zu dem zweiten Wärmeübertrager vorgesehen sein. In addition to the control valve mentioned above, the expansion element could be provided in the supply line to the second heat exchanger.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Steuerventil so betrieben wird, dass dieses gleichzeitig als Expansionsorgan für den zweiten Wärmeübertrager wirkt.
Prinzipiell ist bei der vorliegenden Erfindung jedes für derartige Temperaturen geeignete Kältemittel einsetzbar. Besonders vorteilhaft ist aus Gründen der Umweltverträglichkeit der Einsatz von Kohlendioxid (CO2) als Kältemittel. However, it is particularly advantageous if the control valve is operated in such a way that it simultaneously acts as an expansion element for the second heat exchanger. In principle, any refrigerant suitable for such temperatures can be used in the present invention. The use of carbon dioxide (CO2) as a refrigerant is particularly advantageous for reasons of environmental compatibility.
Insbesondere ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass in dem zweiten Wärmeübertrager eine Expansion des Kältemittels bei einem Druck oberhalb des Sublimationsbereichs des Kältemittels erfolgt, so dass dieser in einfacher Weise betrieben werden kann. In particular, it is advantageously provided that the refrigerant in the second heat exchanger is expanded at a pressure above the sublimation range of the refrigerant, so that it can be operated in a simple manner.
Der zweite Wärmeübertrager ist vorzugsweise konstruktiv als konventioneller Wärmeübertrager ausgebildet, in welchem das zugeführte Kältemittel expandiert. The second heat exchanger is preferably designed structurally as a conventional heat exchanger, in which the supplied refrigerant expands.
Hinsichtlich der Ausbildung der Temperieranlage wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung keine spezifischen Angaben zu der mindestens einen Verdichterstufe gemacht. With regard to the design of the temperature control system, no specific information has been given about the at least one compressor stage in connection with the previous explanation of the solution according to the invention.
So ist es bei einer einfach konzipierten Lösung möglich, den Kältemittelkreislauf mit einer Verdichterstufe zu betreiben. With a simply designed solution, it is possible to operate the refrigerant circuit with one compressor stage.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht jedoch vor, dass in dem Kältemittelkreislauf eine erste Verdichterstufe und mindestens eine mit dieser in Reihe arbeitende zweite Verdichterstufe vorgesehen sind und dass die erste Verdichterstufe das Kältemittel von einem Expansionsdruck in dem jeweiligen Wärmeübertrager entsprechenden Saugdruck auf einen Zwischendruck verdichtet und dass die zweite Verdichterstufe das Kältemittel von dem Zwischendruck auf Hochdruck verdichtet. However, another advantageous solution provides that the refrigerant circuit has a first compressor stage and at least one second compressor stage working in series with it, and that the first compressor stage compresses the refrigerant from a suction pressure corresponding to the expansion pressure in the respective heat exchanger to an intermediate pressure and that the second compressor stage compresses the refrigerant from the intermediate pressure to high pressure.
Ist eine einzige Verdichterstufe vorgesehen, wird diese durch einen Kältemittelverdichter realisiert.
Beim Vorsehen von zwei oder mehr Verdichterstufen können diese sowohl durch einen mehrstufigen Kältemittelverdichter als auch durch mehrere Kältemittelverdichter realisiert werden. If a single compressor stage is provided, this is realized by a refrigerant compressor. If two or more compressor stages are provided, these can be realized both by a multi-stage refrigerant compressor and by multiple refrigerant compressors.
Besonders günstig ist es, wenn die erste Verdichterstufe das Kältemittel einem Wärmeübertrager zur Enthitzung des Kältemittels vor Eintritt in die zweite Verdichterstufe zuführt, um somit eine ausreichend niedrige Temperatur des Kältemittels vor Eintritt in die zweite Verdichterstufe zu erreichen. It is particularly favorable if the first compressor stage feeds the refrigerant to a heat exchanger to heat the refrigerant before it enters the second compressor stage, in order to achieve a sufficiently low temperature of the refrigerant before it enters the second compressor stage.
Des Weiteren ist vorteilhafterweise in dem Kältemittelkreislauf eine Verbindungsleitung mit einem insbesondere durch eine Steuerung des Kältemittelkreislaufs gesteuerten Steuerventil vorgesehen, mit welchem von der ersten Verdichterstufe auf Zwischendruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel einer Saugleitung der ersten Kältemittelverdichterstufe zuführbar ist. Furthermore, a connecting line is advantageously provided in the refrigerant circuit with a control valve controlled in particular by a controller of the refrigerant circuit, with which gaseous refrigerant compressed from the first compressor stage to an intermediate pressure can be fed to a suction line of the first refrigerant compressor stage.
Eine derartige Verbindungsleitung hat den Vorteil, dass sich mit dieser dann, wenn ein sehr geringer Kältemittelstrom durch den jeweils aktiven Wärmeübertrager strömt, ein ausreichend großer Kältemittelstrom durch die erste Verdichterstufe aufrechterhalten lässt. Such a connecting line has the advantage that when a very small flow of refrigerant flows through the respectively active heat exchanger, it can be used to maintain a sufficiently large flow of refrigerant through the first compressor stage.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel zunächst in einem Wärmeübertrager eine Enthitzung erfährt und nachfolgend in einem Wärmeübertrager eine Verflüssigung erfährt. Furthermore, it is preferably provided that the refrigerant compressed to high pressure first undergoes a desuperheating in a heat exchanger and subsequently undergoes liquefaction in a heat exchanger.
Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise eine sehr effiziente Verflüssigung des Kältemittels erreichen, da die Enthitzung in einem mit Umgebungsluft gekühlten Wärmeübertrager erfolgen kann, während die Verflüssigung in einem gegebenenfalls durch ein zusätzliches Kälteagregat gekühlten Wärmeübertrager erfolgt. As a result, a very efficient liquefaction of the refrigerant can be achieved in an advantageous manner, since the heat removal can take place in a heat exchanger cooled with ambient air, while the liquefaction takes place in a heat exchanger which may be cooled by an additional refrigeration unit.
Ferner ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass der Kältemittelkreislauf das verflüssigte Kältemittel entweder dem ersten Wärmeübertrager oder dem zweiten Wärmeübertrager zur Aufnahme von Wärme zuführt.
Eine weitere vorteilhafte Lösung der erfindungsgemäßen Temperieranlage sieht vor, dass das Kältemittel nach dem hochdruckseitigen, das Kältemittel verflüssigenden Wärmeübertrager durch ein Expansionsorgan eine Expansion auf einen Mitteldruck erfährt und in einen Mitteldruckabscheider eintritt, in welchem eine Trennung von gasförmiger und flüssiger Phase erfolgt und dass eine Zufuhr der flüssigen Phase zu dem ersten oder zweiten Wärme aus dem Medium aufnehmenden Wärmeübertrager erfolgt. Furthermore, it is expediently provided that the refrigerant circuit supplies the liquefied refrigerant either to the first heat exchanger or to the second heat exchanger for absorbing heat. A further advantageous solution of the temperature control system according to the invention provides that after the high-pressure side heat exchanger that liquefies the refrigerant, the refrigerant is expanded by an expansion element to a medium pressure and enters a medium-pressure separator, in which the gaseous and liquid phases are separated and that a supply the liquid phase to the first or second heat exchanger taking up heat from the medium.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass durch die Herabsetzung des Drucks des verflüssigten Kältemittels auf dem Mitteldruck die Steuerung des ersten oder zweiten Wärmeübertragers mit gesteigerter Präzision und Effizienz erfolgen kann. This solution has the advantage that by reducing the pressure of the liquefied refrigerant to the medium pressure, the control of the first or second heat exchanger can be carried out with increased precision and efficiency.
Um einen definierten Mitteldruck in dem Mitteldruckabscheider aufrecht erhalten zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens einer Verdichterstufe eine Verbindungsleitung mit einem insbesondere durch eine Steuerung des Kältemittelkreislaufs gesteuerten Steuerventil zugeordnet ist, mit welcher die sich im Mitteldruckabscheider sammelnde gasförmige Phase zu einer Saugleitung der mindestens einen Verdichterstufe zuführbar ist, so dass dadurch einerseits eine saugseitige Kühlung der jeweiligen Verdichterstufe erfolgen kann und andererseits der Mitteldruck in dem Mitteldruckabscheider definiert aufrecht erhalten werden kann. In order to be able to maintain a defined medium pressure in the medium-pressure separator, it is preferably provided that at least one compressor stage is assigned a connecting line with a control valve, which is controlled in particular by a controller of the refrigerant circuit, with which the gaseous phase collecting in the medium-pressure separator is fed to a suction line of the at least one Compressor stage can be supplied, so that on the one hand a suction-side cooling of the respective compressor stage can take place and on the other hand the medium pressure in the medium-pressure separator can be maintained in a defined manner.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass mindestens einer Verdichterstufe eine Verbindungsleitung mit einem insbesondere durch eine Steuerung des Kältemittelkreislaufs gesteuerten Steuerventil zugeordnet ist, mit welcher auf Hochdruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel einer Saugleitung der mindestens einen Verdichterstufe zuführbar ist.
Diese Verbindungsleitung hat den Vorteil, dass dann, wenn eine geringe Kühlleistung in den Wärmeübertragern erforderlich ist und somit der Kältemittelstrom durch den jeweils aktiven Wärmeübertrager sehr niedrig ist, dennoch ein ausreichend großer Kältemittelstrom durch die jeweilige Kältemittelverdichterstufe aufrechterhalten werden kann. A further advantageous solution provides that at least one compressor stage is assigned a connecting line with a control valve controlled in particular by a controller of the refrigerant circuit, with which gaseous refrigerant compressed to high pressure can be fed to a suction line of the at least one compressor stage. This connecting line has the advantage that when a low cooling capacity is required in the heat exchangers and the refrigerant flow through the respective active heat exchanger is very low, a sufficiently large refrigerant flow can nevertheless be maintained through the respective refrigerant compressor stage.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens einer Verdichterstufe in dem Kältemittelkreislauf eine Verbindungsleitung mit einem insbesondere durch eine Steuerung des Kältemittelkreislaufs gesteuerten Steuerventil zugeordnet ist, mit welcher auf Hochdruck verdichtetes flüssiges Kältemittel einer Saugleitung der mindestens einen Verdichterstufe zuführbar ist. Furthermore, it is preferably provided that at least one compressor stage in the refrigerant circuit is assigned a connecting line with a control valve controlled in particular by a controller of the refrigerant circuit, with which liquid refrigerant compressed to high pressure can be fed to a suction line of the at least one compressor stage.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass damit die Möglichkeit besteht, in einfacher Weise die Temperatur des durch die Saugleitung angesaugten Kältemittels zu reduzieren, um eine Überhitzung der Verdichterstufe zu vermeiden. This solution has the advantage that it makes it possible to reduce the temperature of the refrigerant sucked in through the suction line in a simple manner in order to avoid overheating of the compressor stage.
Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens einer Verdichterstufe eine Verbindungsleitung mit einem insbesondere durch eine Steuerung des Kältemittelkreislaufs gesteuerten Steuerventil zugeordnet ist, mit welcher verdichtetes flüssiges Kältemittel bei Mitteldruck einer Saugleitung der mindestens einen Verdichterstufe zuführbar ist. Furthermore, it is preferably provided that at least one compressor stage is assigned a connecting line with a control valve controlled in particular by a controller of the refrigerant circuit, with which compressed liquid refrigerant at medium pressure can be fed to a suction line of the at least one compressor stage.
Hinsichtlich der Führung des aus dem zweiten Wärmeübertrager austretenden Kältemittels, das aufgrund der konventionellen Expansion auf einem höheren Druckniveau vorliegt als das im ersten Wärmeübertrager expandierte Kältemittel ist vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Wärmeübertrager ausgangsseitig mit einer Saugleitung der ersten Verdichterstufe oder der zweiten Verdichterstufe verbunden ist, wobei eine Verbindung mit der zweiten Verdichterstufe einen Effizienzvorteil bei einem hohen Expansionsdruck im zweiten Wärmeübertrager bietet.
Darüber hinaus ist bei einer vorteilhaften Lösung vorgesehen, dass in dem Kältemittelkreislauf ein Behälter zur Aufnahme von gasförmigem, unter Hochdruck stehendem Kältemittel vorgesehen ist, in welchem dieses zwischenspeicherbar ist, um dem Kältemittelkreislauf temporär Kältemittel zu entziehen. With regard to the routing of the refrigerant emerging from the second heat exchanger, which due to the conventional expansion is at a higher pressure level than the refrigerant expanded in the first heat exchanger, it is preferably provided that the second heat exchanger is connected on the outlet side to a suction line of the first compressor stage or the second compressor stage, wherein a connection to the second compressor stage offers an efficiency advantage at a high expansion pressure in the second heat exchanger. In addition, an advantageous solution provides that a container for receiving gaseous refrigerant under high pressure is provided in the refrigerant circuit, in which this can be temporarily stored in order to temporarily withdraw refrigerant from the refrigerant circuit.
Insbesondere ist dabei das zwischengespeicherte Kältemittel, das auf Hochdruck zwischengespeichert ist, einer Saugleitung einer Verdichterstufe zuführbar. In particular, the temporarily stored refrigerant, which is temporarily stored at high pressure, can be fed to a suction line of a compressor stage.
Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Kältemittelkreislauf auf die jeweilige Verdichterstufe folgend ein Schmiermittelabscheider zur Abscheidung von Schmiermittel vorgesehen ist. In addition, it is preferably provided that a lubricant separator for separating lubricant is provided in the refrigerant circuit following the respective compressor stage.
Zweckmäßigerweise ist dabei der Schmiermittelabscheider mit einer Rückführung für das abgeschiedene Kältemittel zu der jeweiligen Verdichterstufe versehen. The lubricant separator is expediently provided with a return for the separated refrigerant to the respective compressor stage.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Temperaturprüf- oder Temperatursimulationsanlage welche dadurch gekennzeichnet ist, dass diese eine Temperieranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche umfasst und dass zusätzlich eine Heizung vorgesehen ist, mit welcher das Medium zur Realisierung von Temperaturzyklen zusätzlich zur Kühlung auch aufgeheizt werden kann. The invention also relates to a temperature testing or temperature simulation system which is characterized in that it comprises a temperature control system according to one of the preceding claims and that a heater is also provided with which the medium can be heated in addition to cooling to implement temperature cycles.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Temperieranlage, umfassend einen ein zu temperierendes Medium, mit welchem mindestens ein Wärmeübertrager zur Aufnahme von Wärme aus dem Medium zusammenwirkt, sowie einen Kältemittelkreislauf, welcher dem mindestens einen Wärmeübertrager Kältemittel zur Expansion zuführt und
hierzu mindestens eine in dem Wärmeübertrager expandiertes Kältemittel verdichtende Verdichterstufe sowie einen aus dem verdichteten Kältemittel wäremabführenden Wärmeübertrager sowie ein Steuerventil zur Steuerung des Massenstroms des verdichteten Kältemittels zu dem mindestens einen Wärmeübertrager zur Aufnahme von Wärme umfasst. In addition, the invention relates to a method for operating a temperature control system, comprising a medium to be temperature-controlled, with which at least one heat exchanger interacts to absorb heat from the medium, and a refrigerant circuit, which supplies the at least one heat exchanger with refrigerant for expansion and for this purpose comprises at least one compressor stage compressing refrigerant expanded in the heat exchanger and a heat exchanger dissipating heat from the compressed refrigerant as well as a control valve for controlling the mass flow of the compressed refrigerant to the at least one heat exchanger for absorbing heat.
Auch derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei auch bei diesen das Problem besteht, in effizienter Weise Temperaturen unterhalb von ungefähr 223 K zu realisieren. Methods of this type are also known from the prior art, with these also having the problem of achieving temperatures below approximately 223 K in an efficient manner.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei dem ersten Wärmeübertrager auf eine Zuleitung folgend das Kältemittel einem Kältemittelverteiler zugeführt wird und von diesem ausgehend durch mindestens ein massenstrombegrenzendes Düsenelement mindestens einem Wärmeübertragerkanal zugeführt wird und in diesem expandiert. In a method of the type described above, this object is achieved according to the invention in that, in the first heat exchanger, the refrigerant is fed to a refrigerant distributor following a feed line and, proceeding from there, is fed through at least one nozzle element that limits the mass flow to at least one heat exchanger channel and expands there.
Insbesondere ist bei diesem Verfahren vorgesehen, dass dem Kältemittelverteiler das Kältemittel bei einem über einem Tripelpunkt des Kältemittels liegenden Druck zugeführt wird. In this method, it is provided in particular that the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor at a pressure above a triple point of the refrigerant.
Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Kältemittel dem Kältemittelverteiler in einem überkritischen Zustand desselben zugeführt wird. In addition, it is preferably provided that the coolant is supplied to the coolant distributor in a supercritical state of the latter.
Alternativ dazu ist vorgesehen, dass das Kältemittel mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase dem Kältemittelverteiler zugeführt wird. As an alternative to this, it is provided that the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor in a liquid and a gaseous phase.
Alternativ dazu kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das Kältemittel in der flüssigen Phase dem Kältemittelverteiler zugeführt wird.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass dem Düsenelement das Kältemittel mit einem derartigen Druck zugeführt und in diesem geführt wird, dass in diesem keine Expansion des Kältemittels auf einen Druck unterhalb des Tripelpunkts desselben erfolgt, so dass dadurch insbesondere vermieden werden kann, dass sich in dem Düsenelement eine feste Phase des Kältemittels ausbildet und in diesem gegebenenfalls eine teilweise Verstopfung herbeiführt. As an alternative to this, it can also be provided that the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor in the liquid phase. In addition, it is provided that the refrigerant is supplied to the nozzle element at such a pressure and is guided in it that there is no expansion of the refrigerant to a pressure below the triple point of the same, so that it can be avoided in particular that in the nozzle element forms a solid phase of the refrigerant and possibly causes a partial blockage in this.
Ferner ist insbesondere zum Erreichen der tiefen Temperaturen vorgesehen, dass das Kältemittel in dem sich an das Düsenelement anschließenden Wärmeübertragerkanal durch auf einen Druck im Sublimationsbereich des Kältemittels expandiert wird, das heißt, dass ein Teil des Kältemittels in dem Wärmeübertragerkanal in die Gasphase übergeht und ein Teil des Kältemittels in die feste Phase übergeht und aus dieser durch Sublimation in die Gasphase übergeht, wodurch die gewünschten tiefen Temperaturen unter ungefähr 223 K erreichbar sind. Furthermore, in order to reach the low temperatures, it is provided that the refrigerant in the heat exchanger channel adjoining the nozzle element is expanded to a pressure in the sublimation region of the refrigerant, i.e. part of the refrigerant in the heat exchanger channel changes into the gas phase and part of the refrigerant to the solid phase and from this to the gas phase by sublimation, whereby the desired low temperatures below approximately 223 K can be achieved.
Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Lösung vorteilhafterweise vorgesehen, dass in dem mindestens einen Wärmeübertragerkanal ein Druck des Kältemittels aufrechterhalten wird, welcher unterhalb des Tripelpunkts des Kältemittels liegt. Furthermore, in the solution according to the invention, it is advantageously provided that a pressure of the refrigerant which is below the triple point of the refrigerant is maintained in the at least one heat exchanger channel.
Eine weitere zweckmäßige Lösung sieht vor, dass das Kältemittel in dem mindestens einen Wärmeübertragerkanal auf einem einem Sublimationsdruck des Kältemittels entsprechenden Druck gehalten wird. A further expedient solution provides that the refrigerant in the at least one heat exchanger channel is kept at a pressure corresponding to a sublimation pressure of the refrigerant.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird alternativ oder ergänzend bei einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit dem Medium ein erster und ein zweiter Wärmeübertrager Zusammenwirken, dass der erste Wärmeübertrager zur Kühlung des Mediums auf Temperaturen von weniger als ungefähr 223 K eingesetzt wird und dass der
zweite Wärmeübertrager zur Kühlung des Mediums auf Temperaturen über ungefähr 223 K eingesetzt wird und dass der Kältemittelkreislauf so betrieben wird, dass dieser entweder Kältemittel in den ersten Wärmeübertrager oder in den zweiten Wärmeübertrager einspeist. The above-mentioned object is achieved alternatively or additionally in a method of the type described above according to the invention in that a first and a second heat exchanger interact with the medium, that the first heat exchanger is used to cool the medium to temperatures of less than approximately 223 K and that the second heat exchanger is used to cool the medium to temperatures above approximately 223 K and that the refrigerant circuit is operated in such a way that it feeds either refrigerant into the first heat exchanger or into the second heat exchanger.
Der Vorteil dieser Lösung ist somit darin zu sehen, dass mit dieser in einfacher Weise und mit hoher Effizienz die gewünschten Temperaturen unterhalb ungefähr 223 K durch Einsatz des ersten Wärmeübertragers und außerdem mit hoher Effizienz die Temperaturen oberhalb ungefähr 223 K mittels des zweiten Wärmeübertragers realisiert werden können. The advantage of this solution can therefore be seen in the fact that the desired temperatures below approximately 223 K can be achieved easily and with high efficiency by using the first heat exchanger, and the temperatures above approximately 223 K can also be achieved with high efficiency using the second heat exchanger .
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass der Kältemittelkreislauf eine Zuleitung zu dem ersten Wärmeübertrager und eine Zuleitung zu dem zweiten Wärmeübertrager aufweist und dass in jeder der Zuleitung von einer Steuerung des Kältemittelkreislaufs der dem jeweiligen Wärmeübertrager zugeleiteten Massenstroms angesteuert wird. A particularly favorable solution provides that the refrigerant circuit has a supply line to the first heat exchanger and a supply line to the second heat exchanger and that in each of the supply lines the mass flow supplied to the respective heat exchanger is controlled by a controller of the refrigerant circuit.
Damit ist in einfacher Weise ein Wechsel des Betriebs von dem ersten und dem zweiten Wärmeübertrager realisierbar und im Übrigen ist ferner ein Betrieb des Kältemittelkreislaufs in einfacher Weise steuerbar. In this way, a change in the operation of the first and the second heat exchanger can be implemented in a simple manner and, moreover, operation of the refrigerant circuit can also be controlled in a simple manner.
Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass je nach erforderlicher Temperatur des in dem Raum vorgesehenen zu kühlenden Mediums entweder dem zweiten Wärmeübertrager oder dem ersten Wärmeübertrager verdichtetes Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf temperaturgesteuert zugeführt wird. In particular, it is provided here that, depending on the required temperature of the medium to be cooled provided in the room, compressed refrigerant from the refrigerant circuit is supplied in a temperature-controlled manner either to the second heat exchanger or to the first heat exchanger.
Darüber hinaus wurden im Zusammenhang mit der Realisierung des zweiten Wärmeübertragers bislang keine näheren Angaben gemacht. In addition, no further details have been given in connection with the realization of the second heat exchanger.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass in der Zuleitung zu dem zweiten Wärmeübertrager eine Expansion des Kältemittels erfolgt, so dass bereits expandiertes Kältemittel in den zweiten Wärmeübertrager eintritt.
Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Wärmeübertrager so betrieben wird, dass in diesem eine Expansion des Kältemittels bei einem Druck oberhalb des Sublimationsbereichs des Kältemittels erfolgt, das heißt ausgehend von einem Expansionsdruck über einem Tripelpunkt des Kältemittels eine konventionelle Expansion des Kältemittels erfolgt. An advantageous solution provides that the refrigerant expands in the supply line to the second heat exchanger, so that already expanded refrigerant enters the second heat exchanger. In addition, it is preferably provided that the second heat exchanger is operated in such a way that the refrigerant expands in it at a pressure above the sublimation range of the refrigerant, ie conventional expansion of the refrigerant takes place starting from an expansion pressure above a triple point of the refrigerant.
Insbesondere ist bei dem zweiten Wärmeübertrager vorgesehen, dass dieser als konventioneller Wärmeübertrager ausgebildet ist. In particular, the second heat exchanger is designed as a conventional heat exchanger.
Darüber hinaus ist bei der erfindungsgemäßen Lösung vorteilhafterweise vorgesehen, dass in dem Kältemittelkreislauf eine erste Verdichterstufe und mindestens eine mit dieser in Reihe arbeitende zweite Verdichterstufe vorgesehen werden, dass mit der ersten Verdichterstufe das Kältemittel von einem Saugdruck auf einen Zwischendruck verdichtet wird und dass mit der zweiten Verdichterstufe das Kältemittel von dem Zwischendruck auf Hochdruck verdichtet wird. In addition, the solution according to the invention advantageously provides that a first compressor stage and at least one second compressor stage working in series with it are provided in the refrigerant circuit, that the refrigerant is compressed from a suction pressure to an intermediate pressure with the first compressor stage and that with the second Compressor stage, the refrigerant is compressed from the intermediate pressure to high pressure.
Um die Verdichtung mit den Verdichterstufen möglichst effizient durchführen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass von der ersten Verdichterstufe das Kältemittel einem Wärmeübertrager zur Enthitzung des Kältemittels vor Eintritt in die zweite Verdichterstufe zugeführt wird. In order to be able to carry out the compression with the compressor stages as efficiently as possible, it is preferably provided that the refrigerant from the first compressor stage is fed to a heat exchanger to heat the refrigerant before it enters the second compressor stage.
Um insbesondere bei einer reduzierten Kälteleistung in dem ersten und dem zweiten Wärmeübertrager einen ausreichend großen Kältemittelstrom durch die erste Verdichterstufe aufrechterhalten zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Kältemittelkreislauf von der ersten Verdichterstufe auf Zwischendruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel dieser bedarfsgesteuert saugseitig zugeführt wird.
Darüber hinaus ist vorzugsweise bei dem Betrieb des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs vorgesehen, dass das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel zunächst in einem Wärmeübertrager enthitzt wird und nachfolgend in einem Wärmeübertrager verflüssigt wird, so dass dadurch eine effiziente Kühlung des auf Hochdruck verdichteten Kältemittels erfolgen kann, insbesondere da die Enthitzung gegen Umgebungsluft erfolgen kann, so dass lediglich zur Verflüssigung gegebenenfalls noch zusätzlich ein Kältekreislauf erforderlich ist. In order to be able to maintain a sufficiently large flow of refrigerant through the first compressor stage, particularly when the refrigerating capacity in the first and second heat exchangers is reduced, it is preferably provided that in the refrigerant circuit, gaseous refrigerant compressed by the first compressor stage to an intermediate pressure is fed to the first compressor stage on the suction side as required. In addition, when the refrigerant circuit according to the invention is operated, it is preferably provided that the refrigerant compressed to high pressure is first deheated in a heat exchanger and then liquefied in a heat exchanger, so that the refrigerant compressed to high pressure can be efficiently cooled, in particular since the deheating can take place against ambient air, so that a refrigeration circuit may also be required only for liquefaction.
Zum Betrieb des ersten oder zweiten Wärmeübertragers ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass das verflüssigte Kältemittel nach dem Verflüssigen entweder dem ersten Wärmeübertrager oder dem zweiten Wärmeübertrager zur Aufnahme von Wärme aus dem Medium temperaturgesteuert zugeführt wird, wobei sich die Temperatursteuerung an der geforderten Temperatur für das Medium orientiert. For the operation of the first or second heat exchanger, it is also preferably provided that the liquefied refrigerant, after liquefaction, is fed to either the first heat exchanger or the second heat exchanger in a temperature-controlled manner to absorb heat from the medium, with the temperature control being based on the required temperature for the medium .
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Kältemittel nach dem hochdruckseitigen Verflüssigen auf einen Mitteldruck expandiert wird und in einem Mitteldruckabscheider gesammelt wird, in welchem eine Trennung von gasförmiger und flüssiger Phase erfolgt und dass die flüssige Phase dem ersten oder zweiten Wärme aus dem Medium aufnehmenden Wärmeübertrager temperaturgesteuert zugeführt wird, wobei sich ebenfalls die Temperatur in diesem Fall an der für das Medium geforderten Temperatur orientiert. A further advantageous solution provides that after the high-pressure side has been liquefied, the refrigerant is expanded to a medium pressure and collected in a medium-pressure separator, in which the gaseous and liquid phases are separated and that the liquid phase absorbs heat from the medium first or second Heat exchanger is supplied temperature-controlled, the temperature in this case also being based on the temperature required for the medium.
Um in dem Mitteldruckabscheider einen definierten Mitteldruck aufrechterhalten zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens einer Verdichterstufe eine sich im Mitteldruckabscheider sammelnde gasförmige Phase mitteldruckgesteuert saugseitig zugeführt wird, das heißt, dass sich die Zufuhr der gasförmigen Phase zu der jeweiligen Saugseite der Verdichterstufe an einer Steuerung oder Regelung für den Mitteldruck orientiert, der beispielsweise in dem Mitteldruckabscheider erfasst wird.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass mindestens einer Verdichterstufe auf Hochdruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel bedarfsgesteuert saugseitig zugeführt wird, wobei dies insbesondere dazu dient, in dem Fall, in dem im ersten oder zweiten Wärmeübertrager eine relativ geringe Kälteleistung erforderlich ist, eine ausreichend große Kältemittelmenge zur Verdichtung der Verdichterstufe zur Verfügung zu stellen. In order to be able to maintain a defined mean pressure in the medium-pressure separator, it is preferably provided that at least one compressor stage is supplied with a gaseous phase collecting in the medium-pressure separator on the suction side in a medium-pressure-controlled manner, i.e. the supply of the gaseous phase to the respective suction side of the compressor stage is controlled by a controller or regulation for the medium pressure, which is detected, for example, in the medium-pressure separator. A further advantageous solution provides that gaseous refrigerant compressed to high pressure is fed to at least one compressor stage on the suction side as required, with this serving in particular to ensure that a sufficiently large amount of refrigerant is available in the case in which a relatively low cooling capacity is required in the first or second heat exchanger To provide compression of the compressor stage.
Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass mindestens einer Verdichterstufe auf Hochdruck verdichtetes flüssiges Kältemittel bedarfsgesteuert saugseitig zugeführt wird. In addition, an advantageous solution provides that liquid refrigerant compressed to high pressure is fed to at least one compressor stage on the suction side in a demand-controlled manner.
Auch diese Lösung dient dazu, auf der Saugseite der Verdichterstufe eine ausreichend niedrige Temperatur des Kältemittels sicherzustellen, um ein Überhitzen der Verdichterstufe zu verhindern. This solution also serves to ensure a sufficiently low temperature of the refrigerant on the suction side of the compressor stage in order to prevent the compressor stage from overheating.
Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass mindestens einer Verdichterstufe verdichtetes flüssiges Kältemittel bei Mitteldruck bedarfsgesteuert saugseitig zugeführt wird. In addition, an advantageous solution provides that at least one compressor stage is supplied with compressed liquid refrigerant at medium pressure on the suction side in a demand-controlled manner.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass expandiertes Kältemittel aus dem zweiten Wärmeübertrager der ersten Verdichterstufe oder der zweiten Verdichterstufe saugseitig zugeführt wird, um eine möglichst effiziente Verdichtung des bei einem höheren Druck expandierenden Kältemittels in dem zweiten Wärmeübertrager zu erreichen. A further advantageous solution provides that expanded refrigerant from the second heat exchanger is fed to the first compressor stage or the second compressor stage on the suction side in order to achieve the most efficient possible compression of the refrigerant, which expands at a higher pressure, in the second heat exchanger.
Um Kältemittelmenge im Kältemittelkreislauf vorteilhaft steuern zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Kältemittelkreislauf unter Hochdruck stehendes gasförmiges Kältemittel in einem Behälter bedarfsgesteuert zwischengespeichert wird, so dass dadurch dem Kältemittelkreislauf Kältemittel entzogen werden kann.
Um dieses Kältemittel dem Kältemittelkreislauf wieder zuführen zu können, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass das zwischengespeicherte Kältemittel einer Verdichterstufe bedarfsgesteuert saugseitig zugeführt wird. In order to be able to advantageously control the amount of refrigerant in the refrigerant circuit, provision is preferably made for gaseous refrigerant under high pressure to be temporarily stored in a container in a demand-controlled manner in the refrigerant circuit, so that refrigerant can thereby be withdrawn from the refrigerant circuit. In order to be able to supply this refrigerant to the refrigerant circuit again, it is expediently provided that the intermediately stored refrigerant is supplied to a compressor stage on the suction side in a demand-controlled manner.
Um bei in dem erfindungsgemäßen Kältemittelkreislauf die Umwälzung von Schmiermittelanteilen in dem Kältemittel möglichst gering zu halten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Kältemittelkreislauf auf die jeweilige Verdichterstufe folgend eine Abscheidung von Schmiermittel erfolgt. In order to keep the circulation of lubricant components in the refrigerant as low as possible in the refrigerant circuit according to the invention, provision is preferably made for lubricant to be separated in the refrigerant circuit after the respective compressor stage.
Das dabei abgeschiedene Schmiermittel kann insbesondere zur jeweiligen Verdichterstufe zurückgeführt werden. The lubricant separated in the process can in particular be returned to the respective compressor stage.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Temperaturprüf- oder Temperatursimulationsanlage, wobei das Verfahren gemäß einem der voranstehenden Merkmale der Temperieranlage ausgeführt wird und zusätzlich durch eine in dem Raum vorgesehene Heizung eine Aufheizung des Mediums erfolgen kann, um Temperaturzyklen zu realisieren. The invention also relates to a method for operating a temperature testing or temperature simulation system, the method being carried out according to one of the above features of the temperature control system and the medium being additionally heated by a heater provided in the room in order to implement temperature cycles.
Die vorstehende Beschreibung erfindungsgemäßer Lösungen umfasst somit insbesondere die durch die nachfolgenden durchnummerierten Ausführungsformen definierten verschiedenen Merkmalskombinationen: The above description of solutions according to the invention thus includes in particular the various feature combinations defined by the following numbered embodiments:
1. Temperieranlage (10), umfassend einen ein zu temperierendes Medium (14), mit welchem mindestens ein Wärmeübertrager (32, 34) zur Aufnahme von Wärme aus dem Medium (14) zusammenwirkt, sowie einen Kältemittelkreislauf (30), welcher dem mindestens einen Wärmeübertrager (32, 34) Kältemittel zur Expansion zuführt, und hierzu mindestens eine in dem Wärmeübertrager (32, 34) expandiertes Kältemittel verdichtende Verdichterstufe (102) sowie einen aus dem verdichteten Kältemittel Wärme abführenden Wärmeübertrager (122, 126) sowie ein Steuerventil (82, 84) zur Steuerung des Massenstroms des verdichteten Kältemittels zum mindestens einen
Wärmeübertrager (32, 34) zur Aufnahme von Wärme umfasst, wobei ein erster Wärmeübertrager (32) so ausgebildet ist, dass bei dem ersten Wärmeübertrager (32) auf eine Zuleitung (33) folgend das Kältemittel in einen Kältemittelverteiler (36) eintritt und von diesem ausgehend durch mindestens ein massenstrombegrenzendes Düsenelement (42) in mindestens einen Wärmeübertragerkanal (44) eintritt und in diesem expandiert. 1. Temperature control system (10), comprising a medium (14) to be temperature-controlled, with which at least one heat exchanger (32, 34) for absorbing heat from the medium (14) interacts, and a refrigerant circuit (30) which the at least one Heat exchanger (32, 34) supplies refrigerant for expansion, and for this purpose at least one compressor stage (102) compressing expanded refrigerant in the heat exchanger (32, 34) and a heat exchanger (122, 126) dissipating heat from the compressed refrigerant and a control valve (82, 84) for controlling the mass flow of the compressed refrigerant for at least one Heat exchanger (32, 34) for absorbing heat, a first heat exchanger (32) being designed such that in the first heat exchanger (32) following a supply line (33), the refrigerant enters a refrigerant distributor (36) and from this proceeding through at least one nozzle element (42) limiting the mass flow, enters at least one heat exchanger channel (44) and expands therein.
2. Temperieranlage nach Ausführungsform 1, wobei das Kältemittel in dem sich an das Düsenelement (42) anschließenden Wärmeübertragerkanal (44) auf einen Druck expandiert der unterhalb des Tripelpunkts des Kältemittels liegt. 2. Temperature control system according to embodiment 1, wherein the refrigerant in the heat exchanger channel (44) adjoining the nozzle element (42) expands to a pressure which is below the triple point of the refrigerant.
3. Temperieranlage (10) nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 1 oder nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei mit dem Medium (14) ein erster (32) und ein zweiter Wärmeübertrager (34) Zusammenwirken, dass der erste Wärmeübertrager (32) zur Kühlung des Mediums (14) auf Temperaturen von weniger als ungefähr 223 K ausgebildet ist, dass der zweite Wärmeübertrager (34) zur Kühlung des Mediums auf Temperaturen über ungefähr 223 K ausgebildet ist und dass der Kältemittelkreislauf (30) so ausgebildet ist, dass dieser im Betrieb entweder Kältemittel in den ersten Wärmeübertrager (32) oder in den zweiten Wärmeübertrager (34) einspeist. 3. Temperature control system (10) according to the preamble of embodiment 1 or according to one of the preceding embodiments, wherein a first (32) and a second heat exchanger (34) interact with the medium (14) so that the first heat exchanger (32) for cooling the Medium (14) is designed for temperatures of less than approximately 223 K, that the second heat exchanger (34) is designed to cool the medium to temperatures above approximately 223 K and that the refrigerant circuit (30) is designed in such a way that, during operation, it either Feeds refrigerant into the first heat exchanger (32) or into the second heat exchanger (34).
4. Temperieranlage nach Ausführungsform 3, wobei der Kältemittelkreislauf (30) eine Zuleitung (33) zu dem ersten Wärmeübertrager (32) und eine Zuleitung (35) zu dem zweiten Wärmeübertrager (34) aufweist, und dass in jeder der Zuleitungen (33, 35) ein von einer Steuerung (86) des Kältemittelkreislaufs (30) gesteuertes Steuerventil (82, 84) zur Steuerung des dem jeweiligen Wärmeübertrager (32, 34) zugeleiteten Massenstroms vorgesehen ist.
5. Temperieranlage nach Ausführungsform 3 oder 4, wobei eine Steuerung (86) je nach geforderter Temperatur des in dem Raum (12) vorgesehenen zu kühlenden Mediums (14) entweder dem zweiten Wärmeübertrager (34) oder dem ersten Wärmeübertrager (32) verdichtetes Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf (30) temperaturgesteuert zuführt. 4. Temperature control system according to embodiment 3, wherein the refrigerant circuit (30) has a feed line (33) to the first heat exchanger (32) and a feed line (35) to the second heat exchanger (34), and that in each of the feed lines (33, 35 ) a control valve (82, 84) controlled by a controller (86) of the refrigerant circuit (30) is provided for controlling the mass flow fed to the respective heat exchanger (32, 34). 5. Temperature control system according to embodiment 3 or 4, wherein a controller (86) supplies compressed refrigerant to either the second heat exchanger (34) or the first heat exchanger (32), depending on the required temperature of the medium (14) to be cooled in the space (12). temperature-controlled to the refrigerant circuit (30).
6. Temperieranlage nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei in der Zuleitung (35) zu dem zweiten Wärmeübertrager (34) ein Expansionsorgan (84) angeordnet ist. 6. Temperature control system according to one of the preceding embodiments, wherein an expansion element (84) is arranged in the supply line (35) to the second heat exchanger (34).
7. Temperieranlage nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei in dem zweiten Wärmeübertrager (34) eine Expansion des Kältemittels bei einem Druck oberhalb des Sublimationsbereichs des Kältemittels erfolgt. 7. Temperature control system according to one of the preceding embodiments, wherein in the second heat exchanger (34) there is an expansion of the refrigerant at a pressure above the sublimation range of the refrigerant.
8. Temperieranlage nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei sich bei dem zweiten Wärmeübertrager (34) Kanäle, in denen das zugeführte Kältemittel verdampft, von einer Zuleitung (35) bis zu einer Rückleitung (74) des zweiten Wärmeübertragers (34) erstrecken. 8. Temperature control system according to one of the preceding embodiments, wherein in the second heat exchanger (34) channels in which the supplied refrigerant evaporates, extend from a supply line (35) to a return line (74) of the second heat exchanger (34).
9. Temperieranlage nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 1 oder nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei in dem Kältemittelkreislauf (30) eine erste Verdichterstufe (102a) und mindestens eine mit dieser in Reihe arbeitende zweite Verdichterstufe (102b) vorgesehen sind und dass die erste Verdichterstufe (102a) das Kältemittel von einem Saugdruck auf einen Zwischendruck verdichtet und dass die zweite Verdichterstufe (102b) das Kältemittel von dem Zwischendruck auf Hochdruck verdichtet. 9. Temperature control system according to the preamble of embodiment 1 or according to one of the preceding embodiments, wherein in the refrigerant circuit (30) a first compressor stage (102a) and at least one working in series with this second compressor stage (102b) are provided and that the first compressor stage ( 102a) compresses the refrigerant from a suction pressure to an intermediate pressure and that the second compressor stage (102b) compresses the refrigerant from the intermediate pressure to high pressure.
10. Temperieranlage nach Ausführungsform 9, wobei die erste Verdichterstufe (102a) das Kältemittel einem Wärmeübertrager (142) zur Enthitzung des Kältemittels vor Eintritt in die zweite Verdichterstufe (102b) zuführt.
11. Temperieranlage nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei in dem Kältemittelkreislauf (30) eine Verbindungsleitung (152) mit einem Steuerventil (154) vorgesehen ist, mit welchem von der ersten Verdichterstufe (102a) auf Zwischendruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel einer Saugleitung der ersten Kältemittelverdichterstufe (102a) zuführbar ist. 10. Temperature control system according to embodiment 9, wherein the first compressor stage (102a) feeds the refrigerant to a heat exchanger (142) to heat the refrigerant before it enters the second compressor stage (102b). 11. Temperature control system according to one of the preceding embodiments, wherein a connecting line (152) with a control valve (154) is provided in the refrigerant circuit (30), with which from the first compressor stage (102a) compressed to intermediate pressure gaseous refrigerant of a suction line of the first refrigerant compressor stage ( 102a) can be supplied.
12. Temperieranlage nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel zunächst in einem Wärmeübertrager (122) eine Enthitzung erfährt und nachfolgend in einem Wärmeübertrager (126) eine Verflüssigung erfährt. 12. Temperature control system according to one of the preceding embodiments, wherein the refrigerant compressed to high pressure first undergoes cooling in a heat exchanger (122) and subsequently undergoes liquefaction in a heat exchanger (126).
13. Temperieranlage nach Ausführungsform 12, wobei der Kältemittelkreislauf (30) das verflüssigte Kältemittel entweder dem ersten Wärmeübertrager (32) oder dem zweiten Wärmeübertrager (34) zur Aufnahme von Wärme zuführt. 13. Temperature control system according to embodiment 12, wherein the refrigerant circuit (30) supplies the liquefied refrigerant either to the first heat exchanger (32) or to the second heat exchanger (34) for absorbing heat.
14. Temperieranlage nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 1 oder nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Kältemittel nach dem hochdruckseitigen, das Kältemittel verflüssigenden Wärmeübertrager (126) durch ein Expansionsorgan (162) eine Expansion auf einen Mitteldruck erfährt und in einen Mitteldruckabscheider (164) eintritt, in welchem eine Trennung von gasförmiger (168) und flüssiger Phase (166) erfolgt, und dass eine Zufuhr der flüssigen Phase (166) zu dem ersten oder zweiten Wärme aus dem Medium (14) aufnehmenden Wärmeübertrager (32, 34) erfolgt. 14. Temperature control system according to the preamble of embodiment 1 or according to one of the preceding embodiments, wherein the refrigerant after the high-pressure side, the refrigerant liquefying heat exchanger (126) is expanded by an expansion element (162) to a medium pressure and enters a medium-pressure separator (164). , in which a separation of gaseous (168) and liquid phase (166) takes place, and that the liquid phase (166) is supplied to the first or second heat exchanger (32, 34) absorbing heat from the medium (14).
15. Temperieranlage nach Ausführungsform 14, wobei mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) eine Verbindungsleitung (172) mit einem Steuerventil (174) zugeordnet ist, mit welcher die sich im Mitteldruckabscheider (164) sammelnde gasförmige Phase (168) zu einer Saugleitung (92, 92a, 92) der mindestens eine Verdichterstufe (102, 102a, 102b) zuführbar ist.
16. Temperieranlage nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei mindestens einer Verdichterstufe (102a, 102a, 102b) eine Verbindungsleitung (132) mit einem Steuerventil (134) zugeordnet ist, mit welcher auf Hochdruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel einer Saugleitung (92, 92a, 92b) der mindestens einen Verdichterstufe (102, 102a, 102b) zuführbar ist. 15. Temperature control system according to embodiment 14, wherein at least one compressor stage (102, 102a, 102b) is assigned a connecting line (172) with a control valve (174), with which the gaseous phase (168) collecting in the medium-pressure separator (164) leads to a suction line (92, 92a, 92) to which at least one compressor stage (102, 102a, 102b) can be fed. 16. Temperature control system according to one of the preceding embodiments, wherein at least one compressor stage (102a, 102a, 102b) is assigned a connecting line (132) with a control valve (134), with which gaseous refrigerant compressed to high pressure is fed to a suction line (92, 92a, 92b) the at least one compressor stage (102, 102a, 102b) can be supplied.
17. Temperieranlage nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) in dem Kältemittelkreislauf (30) eine Verbindungsleitung (136) mit einem Steuerventil (138) zugeordnet ist, mit welcher auf Hochdruck verdichtetes flüssiges Kältemittel einer Saugleitung (92, 92a, 92b) der mindestens einen Verdichterstufe (102) zuführbar ist. 17. Temperature control system according to one of the preceding embodiments, wherein at least one compressor stage (102, 102a, 102b) in the refrigerant circuit (30) is assigned a connecting line (136) with a control valve (138), with which liquid refrigerant compressed to high pressure is fed to a suction line ( 92, 92a, 92b) which can be fed to the at least one compressor stage (102).
18. Temperieranlage nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) eine Verbindungsleitung (176) mit einem Steuerventil (178) zugeordnet ist, mit welcher verdichtetes flüssiges Kältemittel bei Mitteldruck einer Saugleitung (92, 92a, 92b) der mindestens einen Verdichterstufe (102, 102a, 102b) zuführbar ist. 18. Temperature control system according to one of the preceding embodiments, wherein at least one compressor stage (102, 102a, 102b) is assigned a connecting line (176) with a control valve (178), with which compressed liquid refrigerant at medium pressure is fed to a suction line (92, 92a, 92b) the at least one compressor stage (102, 102a, 102b) can be supplied.
19. Temperieranlage nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei der zweite Wärmeübertrager (34) ausgangsseitig mit einer Saugleitung (92a, 92b) der ersten Verdichterstufe (102a) oder der zweiten Verdichterstufe (102b) verbunden ist. 19. Temperature control system according to one of the preceding embodiments, wherein the second heat exchanger (34) is connected on the output side to a suction line (92a, 92b) of the first compressor stage (102a) or the second compressor stage (102b).
20. Temperieranlage nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 1 oder nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei in dem Kältemittelkreislauf (30) ein Behälter (142) zur Aufnahme von gasförmigem, unter Hochdruck stehendem Kältemittel vorgesehen ist, in welchem dieses zwischenspeicherbar ist, um dem Kältemittelkreislauf (30) Kältemittel temporär zu entziehen.
21. Temperieranlage nach Ausführungsform 20, wobei das zwischengespeicherte Kältemittel einer Saugleitung (92) einer Verdichterstufe (102) zuführbar ist. 20. Temperature control system according to the preamble of embodiment 1 or according to one of the preceding embodiments, wherein in the refrigerant circuit (30) a container (142) for receiving gaseous refrigerant under high pressure is provided, in which this can be temporarily stored to the refrigerant circuit ( 30) To withdraw refrigerant temporarily. 21. Temperature control system according to embodiment 20, wherein the intermediately stored refrigerant can be fed to a suction line (92) of a compressor stage (102).
22. Temperieranlage nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei in dem Kältemittelkreislauf (30) auf die jeweilige Verdichterstufe (102) folgend ein Schmiermittelabscheider (114) zur Abscheidung von Schmiermittel vorgesehen ist. 22. Temperature control system according to one of the preceding embodiments, wherein a lubricant separator (114) for separating lubricant is provided following the respective compressor stage (102) in the refrigerant circuit (30).
23. Temperieranlage nach Ausführungsform 22, wobei der Schmiermittelabscheider (114) eine Rückführung (116) für das abgeschiedene Schmiermittel zur jeweiligen Verdichterstufe (102) aufweist. 23. Temperature control system according to embodiment 22, wherein the lubricant separator (114) has a return (116) for the separated lubricant to the respective compressor stage (102).
24. Temperaturprüfanlage oder Temperatursimulationsanlage, wobei diese eine Temperieranlage (10) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen und dass diese zusätzlich eine Heizung (180) zum Erwärmen des Mediums (14) aufweist. 24. Temperature testing system or temperature simulation system, this having a temperature control system (10) according to one of the preceding embodiments and that this additionally has a heater (180) for heating the medium (14).
25. Verfahren zum Betreiben einer Temperieranlage (10), umfassend einen ein zu temperierendes Medium (14), mit welchem mindestens ein Wärmeübertrager (32, 34) zur Aufnahme von Wärme aus dem Medium (14) zusammenwirkt, sowie einen Kältemittelkreislauf (30), welcher dem mindestens einen Wärmeübertrager (32, 34) Kältemittel zur Expansion zuführt und hierzu mindestens eine in dem Wärmeübertrager (32, 34) expandiertes Kältemittel verdichtende Verdichterstufe (102) sowie einen aus dem verdichteten Kältemittel Wärme abführenden Wärmeübertrager (122, 126) sowie ein Steuerventil (82, 84) zur Steuerung des Massenstroms des verdichteten Kältemittels zum mindestens einen Wärmeübertrager (32, 34) zur Aufnahme von Wärme umfasst, wobei bei dem ersten Wärmeübertrager (32) auf eine Zuleitung (33) folgend das Kältemittel einem Kältemittelverteiler (36) zugeführt wird und von diesem ausgehend durch mindestens ein massenstrombegrenzendes Düsenelement (42) mindestens einem Wärmeübertragerkanal (44) zugeführt wird und in diesem expandiert.
26. Verfahren nach Ausführungsform 25, wobei dem Kältemittelverteiler (36) das Kältemittel bei einem über einem Tripelpunkt des Kältemittels liegenden Druck zugeführt wird. 25. Method for operating a temperature control system (10), comprising a medium (14) to be temperature-controlled, with which at least one heat exchanger (32, 34) for absorbing heat from the medium (14) interacts, and a refrigerant circuit (30), which supplies the at least one heat exchanger (32, 34) with refrigerant for expansion and for this purpose at least one compressor stage (102) compressing expanded refrigerant in the heat exchanger (32, 34) and a heat exchanger (122, 126) dissipating heat from the compressed refrigerant and a control valve (82, 84) for controlling the mass flow of the compressed refrigerant to the at least one heat exchanger (32, 34) for absorbing heat, with the refrigerant being fed to a refrigerant distributor (36) following a supply line (33) in the first heat exchanger (32). and starting from there through at least one nozzle element (42) limiting the mass flow, it is fed to at least one heat exchanger channel (44). t becomes and expands in this. 26. The method of embodiment 25, wherein the refrigerant is supplied to the refrigerant manifold (36) at a pressure lying above a triple point of the refrigerant.
27. Verfahren nach Ausführungsform 26, wobei in das Kältemittel dem Kältemittelverteiler (36) in einem überkritischen Zustand desselben zugeführt wird. 27. The method according to embodiment 26, wherein the refrigerant is supplied to the refrigerant manifold (36) in a supercritical state thereof.
28. Verfahren nach Ausführungsform 26, wobei das Kältemittel mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase dem Kältemittelverteiler (36) zugeführt wird. 28. The method according to embodiment 26, wherein the refrigerant having a liquid phase and a gaseous phase is supplied to the refrigerant distributor (36).
29. Verfahren nach Ausführungsform 26, wobei das Kältemittel in der flüssigen Phase dem Kältemittelverteiler (36) zugeführt wird. 29. The method of embodiment 26, wherein the refrigerant is supplied in the liquid phase to the refrigerant manifold (36).
30. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 25 bis 29, wobei dem Düsenelement (42) das Kältemittel mit einem derartigen Druck zugeführt und in diesem geführt wird, dass in diesem keine Expansion des Kältemittels auf einem Druck unterhalb des Tripelpunkts desselben erfolgt. 30. The method according to any one of embodiments 25 to 29, wherein the refrigerant is fed to and guided in the nozzle element (42) at such a pressure that there is no expansion of the refrigerant at a pressure below the triple point thereof.
31. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 25 bis 30, wobei das Kältemittel in dem sich an das Düsenelement (42) anschließenden Wärmeübertragerkanal (44) durch Sublimation expandiert wird. 31. The method according to any one of embodiments 25 to 30, wherein the refrigerant in the heat exchanger channel (44) adjoining the nozzle element (42) is expanded by sublimation.
32. Verfahren nach Ausführungsform 31, wobei in dem mindestens einen Wärmeübertragerkanal (44) ein Druck des Kältemittels aufrecht erhalten wird, welcher unterhalb des Tripelpunkts des Kältemittels liegt. 32. The method according to embodiment 31, wherein a pressure of the refrigerant which is below the triple point of the refrigerant is maintained in the at least one heat exchanger channel (44).
33. Verfahren nach Ausführungsform 31 oder 32, wobei das Kältemittel in dem mindestens einen Wärmeübertragerkanal (44) auf einem einem Sublimationsdruck des Kältemittels entsprechenden Druck gehalten wird.
34. Verfahren nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 25 oder nach einer der Ausführungsformen 25 bis 33, wobei mit dem Medium (14) ein erster (32) und ein zweiter Wärmeübertrager (34) Zusammenwirken, dass der erste Wärmeübertrager (32) zur Kühlung des Mediums (14) auf Temperaturen von weniger als ungefähr 223 K eingesetzt wird, dass der zweite Wärmeübertrager33. The method according to embodiment 31 or 32, wherein the refrigerant in the at least one heat exchanger channel (44) is kept at a pressure corresponding to a sublimation pressure of the refrigerant. 34. The method according to the preamble of embodiment 25 or according to one of embodiments 25 to 33, wherein a first (32) and a second heat exchanger (34) interact with the medium (14), that the first heat exchanger (32) for cooling the medium (14) at temperatures less than about 223 K, that the second heat exchanger
(34) zur Kühlung des Mediums auf Temperaturen über ungefähr 223 K eingesetzt wird und dass der Kältemittelkreislauf (30) so betrieben wird, dass dieser entweder Kältemittel in den ersten Wärmeübertrager (32) oder in den zweiten Wärmeübertrager (34) einspeist (34) is used to cool the medium to temperatures above approximately 223 K and that the refrigerant circuit (30) is operated in such a way that it feeds refrigerant either into the first heat exchanger (32) or into the second heat exchanger (34).
35. Verfahren nach Ausführungsform 34, wobei der Kältemittelkreislauf (30) eine Zuleitung (33) zu dem ersten Wärmeübertrager (32) und eine Zuleitung35. The method according to embodiment 34, wherein the refrigerant circuit (30) has a feed line (33) to the first heat exchanger (32) and a feed line
(35) zu dem zweiten Wärmeübertrager (34) aufweist und dass in jeder der Zuleitungen (33, 35) von einer Steuerung (86) des Kältemittelkreislaufs (30) der dem jeweiligen Wärmeübertrager (32, 34) zugeleitete Massenstroms gesteuert wird. (35) to the second heat exchanger (34) and that in each of the feed lines (33, 35) the mass flow fed to the respective heat exchanger (32, 34) is controlled by a controller (86) of the refrigerant circuit (30).
36. Verfahren nach Ausführungsform 34 oder 35, wobei je nach erforderlicher Temperatur des in dem Raum (12) vorgesehenen zu kühlenden Mediums (14) entweder dem zweiten Wärmeübertrager (34) oder dem ersten Wärmeübertrager (32) verdichtetes Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf (30) temperaturgesteuert zugeführt wird. 36. The method according to embodiment 34 or 35, wherein, depending on the required temperature of the medium (14) to be cooled provided in the space (12), either the second heat exchanger (34) or the first heat exchanger (32) supplies compressed refrigerant from the refrigerant circuit (30) temperature-controlled.
37. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 34 bis 36, wobei in der Zuleitung (35) zu dem zweiten Wärmeübertrager (34) eine Expansion des Kältemittels erfolgt. 37. The method according to any one of embodiments 34 to 36, wherein the refrigerant is expanded in the feed line (35) to the second heat exchanger (34).
38. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 34 bis 37, wobei der zweite Wärmeübertrager (34) so betrieben wird, dass in diesen eine Expansion des Kältemittels bei einem Druck oberhalb des Sublimationsbereichs des Kältemittels erfolgt.
39. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 34 bis 38, wobei der zweite Wärmeübertrager (34) als konventioneller Wärmeübertrager (34), insbesondere als Verdampfer, ausgebildet ist. 38. The method according to any one of embodiments 34 to 37, wherein the second heat exchanger (34) is operated in such a way that the refrigerant expands therein at a pressure above the sublimation range of the refrigerant. 39. The method according to any one of embodiments 34 to 38, wherein the second heat exchanger (34) is designed as a conventional heat exchanger (34), in particular as an evaporator.
40. Verfahren nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 25 oder nach einer der Ausführungsformen 25 bis 39, wobei in dem Kältemittelkreislauf (30) eine erste Verdichterstufe (102a) und mindestens eine mit dieser in Reihe arbeitenden zweite Verdichterstufe (102b) vorgesehen werden, dass mit der ersten Verdichterstufe (102a) das Kältemittel von einem Saugdruck auf einen Zwischendruck verdichtet wird und dass mit der zweiten Verdichterstufe (102b) das Kältemittel von dem Zwischendruck auf Hochdruck verdichtet wird. 40. The method according to the preamble of embodiment 25 or according to one of embodiments 25 to 39, wherein in the refrigerant circuit (30) a first compressor stage (102a) and at least one working in series with this second compressor stage (102b) are provided that with the first compressor stage (102a) the refrigerant is compressed from a suction pressure to an intermediate pressure and that with the second compressor stage (102b) the refrigerant is compressed from the intermediate pressure to high pressure.
41. Verfahren nach Ausführungsform 40, wobei von der ersten Verdichterstufe (102a) das Kältemittel einem Wärmeübertrager (142) zur Enthitzung des Kältemittels vor Eintritt in die zweite Verdichterstufe (102b) zugeführt wird. 41. The method according to embodiment 40, wherein the refrigerant from the first compressor stage (102a) is fed to a heat exchanger (142) to heat the refrigerant before it enters the second compressor stage (102b).
42. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 25 bis 41, wobei in dem Kältemittelkreislauf (30) von der ersten Verdichterstufe (102a) auf Zwischendruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel dieser bedarfsgesteuert saugseitig zugeführt wird. 42. The method according to one of the embodiments 25 to 41, wherein in the refrigerant circuit (30) from the first compressor stage (102a) compressed gaseous refrigerant to intermediate pressure is supplied to the latter on the suction side as required.
43. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 25 bis 42, wobei das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel zunächst in einem Wärmeübertrager (122) enthitzt wird und nachfolgend in einem Wärmeübertrager (126) verflüssigt wird. 43. The method according to one of embodiments 25 to 42, wherein the refrigerant compressed to high pressure is first deheated in a heat exchanger (122) and is subsequently liquefied in a heat exchanger (126).
44. Verfahren nach Ausführungsform 43, wobei der Kältemittelkreislauf (30) das verflüssigte Kältemittel nach dem Verflüssigen entweder dem ersten Wärmeübertrager (32) oder dem zweiten Wärmeübertrager (34) zur Aufnahme von Wärme aus dem Medium (14) temperaturgesteuert zugeführt wird.
45. Verfahren nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 25 oder nach einer der Ausführungsformen 25 bis 44, wobei das Kältemittel nach dem hochdruckseitigen, Verflüssigen auf einen Mitteldruck expandiert wird und in einen Mitteldruckabscheider (164) gesammelt wird, in welchem eine Trennung von gasförmiger (168) und flüssiger Phase (166) erfolgt, und dass die flüssigen Phase dem ersten oder zweiten Wärme aus dem Medium (14) aufnehmenden Wärmeübertrager (32, 34) temperaturgesteuert zugeführt wird. 44. The method according to embodiment 43, wherein the refrigerant circuit (30), after liquefaction, the liquefied refrigerant is supplied under temperature control to either the first heat exchanger (32) or the second heat exchanger (34) to absorb heat from the medium (14). 45. The method according to the preamble of embodiment 25 or according to one of embodiments 25 to 44, wherein the refrigerant is expanded to a medium pressure after the high-pressure side, liquefaction and is collected in a medium-pressure separator (164), in which a separation of gaseous (168) and liquid phase (166), and that the liquid phase is fed to the first or second heat exchanger (32, 34) absorbing heat from the medium (14) in a temperature-controlled manner.
46. Verfahren nach Ausführungsform 45, wobei mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) eine sich im Mitteldruckabscheider sammelnde gasförmige Phase (168) mitteldruckgesteuert saugseitig zugeführt wird. 46. The method according to embodiment 45, wherein a gaseous phase (168) collecting in the medium-pressure separator is fed to at least one compressor stage (102, 102a, 102b) on the suction side in a medium-pressure-controlled manner.
47. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 25 bis 46, wobei mindestens einer Verdichterstufe (102a, 102a, 102b) auf Hochdruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel bedarfs-gesteuert saugseitig zugeführt wird. 47. The method according to any one of embodiments 25 to 46, wherein at least one compressor stage (102a, 102a, 102b) is supplied with gaseous refrigerant compressed to high pressure on the suction side in a demand-controlled manner.
48. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 25 bis 47, wobei mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) auf Hochdruck verdichtetes flüssiges Kältemittel bedarfs-gesteuert saugseitig zugeführt wird. 48. The method according to any one of embodiments 25 to 47, wherein at least one compressor stage (102, 102a, 102b) is supplied with liquid refrigerant compressed to high pressure on the suction side in a demand-controlled manner.
49. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 25 bis 48, wobei mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) verdichtetes flüssiges Kältemittel bei Mitteldruck bedarfs-gesteuert saugseitig zugeführt wird. 49. The method according to one of embodiments 25 to 48, wherein compressed liquid refrigerant at medium pressure is supplied to at least one compressor stage (102, 102a, 102b) on the suction side in a demand-controlled manner.
50. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 25 bis 49, wobei expandiertes Kältemittel aus dem zweiten Wärmeübertrager (34) der ersten Verdichterstufe (102a) oder der zweiten Verdichterstufe (102b) saugseitig zugeführt wird. 50. The method according to any one of embodiments 25 to 49, wherein expanded refrigerant from the second heat exchanger (34) is fed to the first compressor stage (102a) or the second compressor stage (102b) on the suction side.
51. Verfahren nach dem Oberbegriff der Ausführungsform 25 oder nach einer der Ausführungsformen 25 bis 50, wobei in dem Kältemittelkreislauf (30) unter Hochdruck stehendes gasförmiges Kältemittel in einem Behälter (142) bedarfsgesteuert zwischengespeichert wird.
52. Verfahren nach Ausführungsform 51, wobei das zwischengespeicherte Kältemittel einer Verdichterstufe (102) bedarfsgesteuert saugseitig zugeführt wird. 51. The method according to the preamble of embodiment 25 or according to one of embodiments 25 to 50, wherein in the refrigerant circuit (30) gaseous refrigerant under high pressure is temporarily stored in a container (142) as required. 52. The method according to embodiment 51, wherein the intermediately stored refrigerant is supplied to a compressor stage (102) on the suction side in a demand-controlled manner.
53. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 25 bis 52, wobei in dem Kältemittelkreislauf (30) auf die jeweilige Verdichterstufe (102) folgend eine Abscheidung von Schmiermittel erfolgt. 53. The method according to any one of embodiments 25 to 52, wherein in the refrigerant circuit (30) the respective compressor stage (102) is followed by a separation of lubricant.
54. Verfahren nach Ausführungsform 53, wobei das abgeschiedene Schmiermittel zur jeweiligen Verdichterstufe (102) zurückgeführt wird. 54. The method of embodiment 53, wherein the separated lubricant is recycled to the respective compressor stage (102).
55. Verfahren zum Betreiben einer Temperaturprüfanlage oder einer Temperatursimulationsanlage, wobei dieses gemäß einem Verfahren nach einer der Ausführungsformen 25 bis 54 erfolgt und zusätzlich das Medium (14) durch eine Heizung (180) bedarfsgesteuert erwärmt wird. 55. Method for operating a temperature testing system or a temperature simulation system, this being carried out according to a method according to one of the embodiments 25 to 54 and additionally the medium (14) is heated by a heater (180) in a demand-controlled manner.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele. Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the graphic representation of some exemplary embodiments.
In der Zeichnung zeigen: Show in the drawing:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage; 1 shows a first exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ersten Wärmeübertragers; 2 shows an exemplary embodiment of a first heat exchanger according to the invention;
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage;
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage; 3 shows a second exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention; 4 shows a third exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention;
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage; 5 shows a fourth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention;
Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage; 6 shows a fifth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention;
Fig. 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage; 7 shows a sixth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention;
Fig. 8 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage; 8 shows a seventh exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention;
Fig. 9 ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage und 9 shows an eighth embodiment of a temperature control system according to the invention and
Fig. 10 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage. 10 shows a ninth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage, als Ganzes mit 10 bezeichnet, dient zum Temperieren eines als Ganzes mit 12 bezeichneten thermisch isolierten Raums, in welchem ein zu temperierendes Medium 14 angeordnet ist. A first exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention, denoted as a whole by 10, is used for tempering a thermally insulated space, denoted as a whole by 12, in which a medium 14 to be tempered is arranged.
Dieses Medium 14 kann beispielsweise ein Gas, insbesondere Luft, sein, wobei das Gas beispielsweise durch ein Gebläse in dem Raum 12 umgewälzt werden kann, um beispielsweise ein in dem Raum 12 angeordnetes Objekt 18 zu temperieren.
Bei einer zweckmäßigen Lösung ist der Raum 12 in einer thermisch isolierten Kammer 20 angeordnet welche beispielsweise eine Prüfkammer einer Temperaturprüfanlage oder einer Umweltsimulationsanlage darstellt. This medium 14 can be a gas, in particular air, for example, it being possible for the gas to be circulated in the space 12 by a blower, for example, in order to temper an object 18 arranged in the space 12 , for example. In an expedient solution, the space 12 is arranged in a thermally insulated chamber 20 which represents, for example, a test chamber of a temperature test system or an environmental simulation system.
Es ist aber auch möglich, dass das Medium 14 ein flüssiges oder auch phasenwechselndes Wärmetransportmedium ist, beispielsweise eine Sole, oder ein gasförmiges Medium ist mit welchem, beispielsweise mittels eines Wärmeübertragers, beliebige andere Objekte kühlbar oder temperierbar sind. However, it is also possible for the medium 14 to be a liquid or phase-changing heat transport medium, for example a brine, or a gaseous medium with which any other objects can be cooled or tempered, for example by means of a heat exchanger.
Zur Kühlung des Mediums 14 ist ein als Ganzes mit 30 bezeichneter Kältemittelkreislauf vorgesehen, in welchem ein erster Wärmetauscher 32 und ein zweiter Wärmetauscher 34 angeordnet sind in denen zur Aufnahme von Wärme aus dem Medium 14 ein in dem Kältemittelkreislauf 30 umgewälztes Kältemittel expandiert. To cool the medium 14, a refrigerant circuit designated as a whole by 30 is provided, in which a first heat exchanger 32 and a second heat exchanger 34 are arranged, in which a refrigerant circulated in the refrigerant circuit 30 expands to absorb heat from the medium 14.
Wie in Fig. 2 dargestellt, umfasst der erste Wärmeübertrager 32 eine Zuleitung 33 für das Kältemittel von welcher ausgehend das Kältemittel in einen als Ganzes mit 36 bezeichneten Kältemittelverteiler eintritt und in einem Innenraum desselben einer Vielzahl von Düsenelementen 42, insbesondere ausgebildet als Düsenkanäle, zugeführt wird, über welche das Kältemittel in Wärmeübertragerkanäle 44 von Wärmeübertragerelementen 46 eintritt, in diesen expandiert und die Wärmeübertragerkanäle 44 nach Durchlaufen derselben verlässt und in einen Kältemittelsammler 52 eintritt, welcher das Kältemittel in eine Rückleitung 54 abgibt. As shown in Fig. 2, the first heat exchanger 32 comprises a feed line 33 for the refrigerant, from which the refrigerant enters a refrigerant distributor, designated as a whole with 36, and is supplied to a plurality of nozzle elements 42, in particular designed as nozzle channels, in an interior space of the latter , via which the refrigerant enters heat exchanger channels 44 of heat exchanger elements 46, expands in these and leaves the heat exchanger channels 44 after passing through them and enters a refrigerant collector 52, which discharges the refrigerant into a return line 54.
Die Düsenelemente 42 sind dabei beispielsweise hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche derart ausgebildet, dass in diesen das Kältemittel mit der kritischen Geschwindigkeit, das heißt in diesem Fall, Schallgeschwindigkeit, strömt und somit in den Düsenkanälen im Wesentlichen eine isenthalpe Expansion des Kältemittels stattfindet.
Das heißt, dass nach dem Austreten des Kältemittels aus den Düsenkanälen 42 in die jeweiligen Wärmeübertragerkanäle 44 die zur Aufnahme von Wärme führende Expansion des Kältemittels stattfindet. The nozzle elements 42 are designed, for example with regard to their cross-sectional area, such that the refrigerant flows in them at the critical speed, ie in this case the speed of sound, and thus essentially an isenthalpic expansion of the refrigerant takes place in the nozzle channels. This means that after the refrigerant has exited from the nozzle channels 42 into the respective heat exchanger channels 44 , the expansion of the refrigerant leading to the absorption of heat takes place.
Um dies zu erreichen, erfolgt, insbesondere beim Einsatz von CO2 als Kältemittel, eine Zufuhr des Kältemittels über die Zuleitung 33 zu dem Kältemittelverteiler 36 und in diesem zu den Düsenelementen 42 bei einem Druckniveau, welches über dem Tripelpunkt liegt, beispielsweise im Bereich zwischen 10 bar und 160 bar, vorzugsweise im Bereich von 70 bar bis ungefähr 140 bar und insbesondere im Bereich von 10 bar bis ungefähr 70 bar. In order to achieve this, particularly when using CO2 as the refrigerant, the refrigerant is supplied via the supply line 33 to the refrigerant distributor 36 and there to the nozzle elements 42 at a pressure level which is above the triple point, for example in the range between 10 bar and 160 bar, preferably in the range from 70 bar to about 140 bar and in particular in the range from 10 bar to about 70 bar.
In dem jeweiligen Düsenelement 42 erfolgt dann eine Reduzierung des Drucks, der jedoch am Übergang von dem Düsenelement 42 in den Wärmeübertragerkanal 44 vorzugsweise noch über dem Tripelpunkt des Kältemittels, in Fall von CO2 über dem Tripelpunkt von CO2, liegt, so dass im Wesentlichen eine Sublimation des Kältemittels in dem Düsenkanal 42 verhindert wird. The pressure in the respective nozzle element 42 is then reduced, but at the transition from the nozzle element 42 into the heat exchanger channel 44 it is preferably still above the triple point of the refrigerant, in the case of CO2 above the triple point of CO2, so that essentially sublimation of the refrigerant in the nozzle passage 42 is prevented.
Vorzugsweise liegt der Druck ausgangsseitig des Düsenkanals im Bereich von größer 6 bar beispielsweise im Bereich von ungefähr 6 bar bis ungefähr 40 bar. The pressure on the outlet side of the nozzle channel is preferably in the range greater than 6 bar, for example in the range from approximately 6 bar to approximately 40 bar.
Somit liegt erst in dem Wärmeübertragerkanal 44 der Druck des Kältemittels unter dem Druck des Kältemittels im Tripelpunkt, so dass sich eine feste Phase des Kältemittels ausbildet und eine Sublimation des Kältemittels, das heißt in diesem Fall beispielsweise CO2, eintritt, so dass das Kältemittel auf seinem Weg durch den Wärmeübertragerkanal 44 im jeweiligen Wärmeübertragerkörper 46 vollständig in den gasförmigen Zustand übergeht und dabei Wärme aus einem den Wärmeübertragerkörper 46 umströmenden Wärmestrom 58 aufnehmen kann.
Vorzugsweise liegt somit nach Durchlaufen des Wärmeübertragerkörpers 46 in dem Kältemittelsammler 52 gasförmiges Kältemittel vor, das aus dem Wärmeübertragerkanal 44 austritt, vom Kältemittelsammler 52 gesammelt wird und der Rückleitung 54 zugeführt wird. The pressure of the refrigerant is therefore only below the pressure of the refrigerant in the triple point in the heat exchanger channel 44, so that a solid phase of the refrigerant forms and sublimation of the refrigerant, i.e. in this case CO2 for example, occurs so that the refrigerant on its path through the heat exchanger channel 44 in the respective heat exchanger body 46 completely changes into the gaseous state and in the process can absorb heat from a heat flow 58 flowing around the heat exchanger body 46 . After passing through the heat exchanger body 46 , gaseous refrigerant is preferably present in the refrigerant collector 52 , which emerges from the heat exchanger channel 44 , is collected by the refrigerant collector 52 and is fed to the return line 54 .
Insbesondere erfolgt durch die Düsenelemente 42 eine den Massenstrom des Kältemittels begrenzende Wirkung, wenn diese eine Querschnittsfläche aufweisen, die bezogen auf einen Übergang in einen nachfolgenden Wärmeübertragerkanal 44 maximal 0,05 mm2 oder weniger, besser maximal 0,01 mm2 oder weniger, noch besser maximal 0,05 mm2 oder weniger beträgt. In particular, the nozzle elements 42 have a limiting effect on the mass flow of the refrigerant if they have a cross-sectional area which, based on a transition into a subsequent heat exchanger channel 44, is at most 0.05 mm 2 or less, preferably at most 0.01 mm 2 or less better is at most 0.05 mm 2 or less.
Führen mehrere Düsenelemente 42 Kältemittel zu einem Wärmeübertragerkanal, so sind die maximalen Querschnittsflächen um einen der Zahl der Düsenelemente entsprechenden Faktor noch kleiner auszubilden. If several nozzle elements 42 carry refrigerant to a heat exchanger channel, the maximum cross-sectional areas should be made even smaller by a factor corresponding to the number of nozzle elements.
Führt ein Düsenelement Kältemittel zu mehreren Wärmeübertragerkanälen, so sind die maximalen Querschnittsflächen um einen der Zahl der Wärmeübertragerkanäle entsprechenden Faktor zu erhöhen. If a nozzle element leads refrigerant to several heat exchanger channels, the maximum cross-sectional areas must be increased by a factor corresponding to the number of heat exchanger channels.
Vorzugsweise ist hinsichtlich der Ausbildung der Wärmeübertragerkanäle 44 vorgesehen, dass diese eine Querschnittsfläche von weniger als 8 mm2, besser weniger als 4 mm2 und noch besser weniger als 1,5 mm2 aufweisen, um insbesondere bei dem sublimierenden Kältemittel eine optimale Wärmeübertragung zu erhalten. With regard to the design of the heat exchanger channels 44, it is preferably provided that they have a cross-sectional area of less than 8 mm 2 , better less than 4 mm 2 and even better less than 1.5 mm 2 in order to obtain optimum heat transfer, particularly with the sublimating refrigerant .
Der zweite Wärmeübertrager 34 ist als konventioneller Wärmeübertrager beispielsweise als Verdampfer ausgebildet, das heißt dass das über eine Zuleitung 35 zugeführte Kältemittel im Wärmeübertrager 34 keinerlei die Expansion des Kältemittels und somit dessen Funktion nennenswert beeinflussende Massenstrombegrenzung erfährt. The second heat exchanger 34 is designed as a conventional heat exchanger, for example as an evaporator, which means that the refrigerant supplied via a supply line 35 in the heat exchanger 34 does not experience any mass flow limitation that significantly influences the expansion of the refrigerant and thus its function.
Somit stellt der zweite Wärmeübertrager 34 einen bei Drucken über dem Tripelpunkt arbeitenden konventionellen Wärmeübertrager für Kältemittel dar.
Wie in Fig. 1 dargestellt, sind der erste Wärmeübertrager 32 sowie der zweite Wärmeübertrager 34 in dem Kältemittelkreislauf 30 parallel geschaltet, wobei in den Zuleitungen 33 beziehungsweise 35 zu dem ersten Wärmeübertrager 32 beziehungsweise zweiten Wärmeübertrager 34 jeweils ein Steuerventil 82 beziehungsweise 84 angeordnet ist, welches einmal dazu dient, mittels einer Steuerung 86 entweder dem ersten Wärmeübertrager 32 oder dem zweiten Wärmeübertrager 34 Kältemittel zuzuführen. Thus, the second heat exchanger 34 represents a conventional refrigerant heat exchanger operating at pressures above the triple point. As shown in Fig. 1, the first heat exchanger 32 and the second heat exchanger 34 are connected in parallel in the refrigerant circuit 30, with a control valve 82 or 84 being arranged in the supply lines 33 or 35 to the first heat exchanger 32 or the second heat exchanger 34, which once serves to supply coolant to either the first heat exchanger 32 or the second heat exchanger 34 by means of a controller 86 .
Des Weiteren ist die Steuerung 86 in der Lage, den Kältemittelstrom zu dem jeweiligen Wärmeübertrager 32 beziehungsweise 34 quantitativ, beispielsweise durch Pulsbetrieb, zu steuern. Furthermore, the controller 86 is able to control the refrigerant flow to the respective heat exchanger 32 or 34 quantitatively, for example by pulse operation.
Darüber hinaus ist beim zweiten Wärmeübertrager 34 in der Zuleitung 35 noch ein Expansionsorgan vorzusehen, das aber beispielsweise durch das Steuerventil 84 bei entsprechender Ansteuerung durch die Steuerung 86 ebenfalls gebildet werden kann, um eingangsseitig des zweiten Wärmeübertragers 34 diesem das Kältemittel auf einem zur Expansion vorgesehenen Druck zuzuführen. In addition, an expansion element is to be provided in the supply line 35 of the second heat exchanger 34, but this can also be formed, for example, by the control valve 84 with appropriate activation by the controller 86, in order to bring the refrigerant to the inlet side of the second heat exchanger 34 at a pressure intended for expansion to feed
Ferner ist in der Rückleitung 74 des zweiten Wärmeübertragers 34 noch ein als Ganzes mit 88 bezeichnetes Rückschlagventil vorgesehen, welches ein Zurückströmen von Kältemittel in den zweiten Wärmeübertrager 34 verhindert. Also provided in the return line 74 of the second heat exchanger 34 is a check valve, designated as a whole by 88 , which prevents coolant from flowing back into the second heat exchanger 34 .
In dem Kältemittelkreislauf 30 sind die Rückleitungen 54 und 74 von den beiden Wärmeübertragern 32 und 34 mit einer Saugleitung 92 einer Verdichterstufe 102 verbunden, so dass das expandierte Kältemittel entweder von dem ersten Wärmeübertrager 32 oder von dem zweiten Wärmeübertrager 34 durch die Kältemittelverdichterstufe 102 von dem in der Saugleitung 92 vorliegenden Saugdruck auf einen ausgangsseitig der Verdichterstufe in einer Hochdruckleitung 112 vorliegenden Hochdruck verdichtet wird.
Die erste Verdichterstufe 102 wird beispielsweise durch einen einstufigen Kältemittelverdichter realisiert. In the refrigerant circuit 30, the return lines 54 and 74 from the two heat exchangers 32 and 34 are connected to a suction line 92 of a compressor stage 102, so that the expanded refrigerant either from the first heat exchanger 32 or from the second heat exchanger 34 through the refrigerant compressor stage 102 from the in The suction pressure present in the suction line 92 is compressed to a high pressure present in a high-pressure line 112 on the output side of the compressor stage. The first compressor stage 102 is implemented, for example, by a single-stage refrigerant compressor.
Um von der ersten Verdichterstufe 102 in die Hochdruckleitung 112 abgegebenes Schmiermittel wieder zusammen, ist vorzugsweise in der Hochdruckleitung 112 ein Schmiermittelabscheider 114 vorgesehen, welcher das abgeschiedene Schmiermittel über eine Rückleitung 116 zurück zur ersten Verdichterstufe 102 führt. In order to collect lubricant discharged from first compressor stage 102 into high-pressure line 112, a lubricant separator 114 is preferably provided in high-pressure line 112, which leads the separated lubricant back to first compressor stage 102 via a return line 116.
Ferner ist in der Hochdruckleitung 112 ein hochdruckseitiger Wärmeübertrager 122 vorgesehen, der zur Enthitzung des verdichteten Kältemittels dient und einen Wärmestrom 124 an die Umgebung, vorzugsweise Umgebungsluft, abgibt. Also provided in the high-pressure line 112 is a heat exchanger 122 on the high-pressure side, which is used to heat the compressed refrigerant and emits a flow of heat 124 to the environment, preferably ambient air.
Auf den Wärmeübertrager 122 folgt ein weiterer Wärmeübertrager 126, welcher als zur Verflüssigung des enthitzten und auf Hochdruck verdichteten Kältemittels dient, das dann über eine Versorgungsleitung 128 den Zuleitungen 33 beziehungsweise 35 der Wärmeübertrager 32 beziehungsweise 34 zugeführt wird, die in der beschriebenen Art und Weise von der Steuerung 86 betrieben werden. Heat exchanger 122 is followed by a further heat exchanger 126, which is used to liquefy the desuperheated refrigerant compressed to high pressure, which is then fed via a supply line 128 to the supply lines 33 or 35 of the heat exchangers 32 or 34, which are supplied in the manner described by of the controller 86 can be operated.
Um den Kältemittelkreislauf 30 optimal betreiben zu können, insbesondere dann, wenn bei dem ersten Wärmeübertrager 32 oder dem zweiten Wärmeübertrager 34 lediglich ein geringer Massenstrom an Kältemittel benötigt wird, ist in dem Kältemittelkreislauf eine erste Verbindungsleitung 132 mit einem in dieser angeordneten Steuerventil 134 vorgesehen, welche verdichtetes, gasförmiges und enthitztes Kältemittel zwischen dem enthitzenden Wärmeübertrager 122 und dem verflüssigenden Wärmeübertrager 126 abzweigt und der Saugleitung 92 der Verdichterstufe 102 zuführen kann, um die Verdichterstufe mit einer ausreichenden Massenstrom an Kältemittel zu betreiben.
Ferner ist eine zweite Verbindungsleitung 136 mit einem in dieser angeordneten Steuerventil 138 vorgesehen, mit welcher die Möglichkeit besteht, aus der Versorgungsleitung 128 flüssiges Kältemittel zu entnehmen und der Saugleitung 92 zuzuführen, um eine eingangsseitige Überhitzung der Verdichterstufe 102 zu verhindern. In order to be able to operate the refrigerant circuit 30 optimally, particularly when only a small mass flow of refrigerant is required for the first heat exchanger 32 or the second heat exchanger 34, a first connecting line 132 with a control valve 134 arranged in it is provided in the refrigerant circuit compressed, gaseous and desuperheated refrigerant branches off between the desheating heat exchanger 122 and the condensing heat exchanger 126 and the suction line 92 of the compression stage 102 can perform in order to operate the compression stage with a sufficient mass flow of refrigerant. Furthermore, a second connecting line 136 is provided with a control valve 138 arranged in it, with which there is the possibility of removing liquid refrigerant from the supply line 128 and feeding it to the suction line 92 in order to prevent the compressor stage 102 from overheating on the inlet side.
Des Weiteren ist zur Optimierung der Menge des zur Verfügung stehenden Kältemittels ein Behälter 142 zur Aufnahme von gasförmigem, insbesondere enthitztem Kältemittel zwischen dem Wärmeübertrager 122 und dem Wärmeübertrager 126, vorgesehen, wobei dies über ein eingangsseitig des Behälters 142 angeordnetes Steuerventil 144 zur Steuerung des Zustroms erfolgt und ausgangsseitig des Behälters 142 ein Steuerventil 146 vorgesehen ist, welches in der Lage ist, wenn im Kältemittelkreislauf erforderlich, aus dem Behälter Kältemittel in die Saugleitung 92 abzugeben. Furthermore, in order to optimize the amount of refrigerant available, a tank 142 is provided for holding gaseous, in particular desuperheated, refrigerant between heat exchanger 122 and heat exchanger 126, with this taking place via a control valve 144 arranged on the inlet side of tank 142 for controlling the inflow and on the outlet side of the container 142, a control valve 146 is provided, which is able, if necessary in the refrigerant circuit, to release refrigerant from the container into the suction line 92.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage 10', dargestellt in Fig. 3 sind diejenigen Elemente, die mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind mit den identischen Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann. In a second exemplary embodiment of a temperature control system 10′ according to the invention, shown in FIG. 3, those elements which are identical to those of the first exemplary embodiment are provided with identical reference symbols, so that with regard to the description of the same, reference can be made in full to the explanations relating to the first exemplary embodiment .
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel umfasst der Kältemittelkreislauf 30' nicht nur eine Verdichterstufe 102, sondern eine erste Verdichterstufe 102a und eine zweite Verdichterstufe 102b, wobei jeder der Verdichterstufen ein Schmiermittelabscheider 114 nachfolgend angeordnet ist, wie er im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. In contrast to the first exemplary embodiment, the refrigerant circuit 30' includes not only a compressor stage 102, but a first compressor stage 102a and a second compressor stage 102b, with each of the compressor stages being arranged downstream of a lubricant separator 114, as was described in connection with the first exemplary embodiment.
Die erste und die zweite Verdichterstufe 102a und 102b können entweder durch einen zweistufigen Kältemittelverdichter oder durch zwei Kältemittelverdichter realisiert sein.
Es sind aber auch mehr als zwei Verdichterstufen denkbar. The first and the second compressor stage 102a and 102b can be realized either by a two-stage refrigerant compressor or by two refrigerant compressors. However, more than two compressor stages are also conceivable.
Des Weiteren ist nach dem Schmiermittelabscheider 114 der ersten Verdichterstufe 102a ein Wärmeübertrager 142 vorgesehen, mit welchem eine Enthitzung des von der ersten Verdichterstufe 102a auf einen Zwischendruck verdichteten Kältemittels erfolgt, das nachfolgend wiederum mit der zweiten Verdichterstufe 102b von dem Zwischendruck auf Hochdruck verdichtet wird. Furthermore, downstream of the lubricant separator 114 of the first compressor stage 102a, a heat exchanger 142 is provided, with which the refrigerant compressed by the first compressor stage 102a to an intermediate pressure is cooled, which is then in turn compressed by the second compressor stage 102b from the intermediate pressure to high pressure.
Ferner ist für jede der Verdichterstufen 102a und 102b jeweils eine Verbindungsleitung 132a beziehungsweise 132b mit dem jeweiligen Steuerventil 134a beziehungsweise 134b vorgesehen, welche es ermöglicht, der jeweiligen Saugleitung 92a beziehungsweise 92b auf Hochdruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel zuzuführen. Furthermore, a connecting line 132a or 132b with the respective control valve 134a or 134b is provided for each of the compressor stages 102a and 102b, which makes it possible to supply gaseous refrigerant compressed to high pressure to the respective suction line 92a or 92b.
Außerdem sind eine Verbindungsleitung 136a beziehungsweise 136b mit dem jeweiligen Steuerventil 138a beziehungsweise 138b vorgesehen, welche es ermöglichen, der jeweiligen Saugleitung 92a beziehungsweise 92b der jeweiligen Verdichterstufe 102a beziehungsweise 102b flüssiges oder überkritisches unter Hochdruck stehendes Kältemittel zuzuführen. In addition, a connecting line 136a or 136b with the respective control valve 138a or 138b is provided, which makes it possible to supply liquid or supercritical refrigerant under high pressure to the respective suction line 92a or 92b of the respective compressor stage 102a or 102b.
Darüber hinaus ist noch eine Verbindungsleitung 152 mit einem Steuerventil 154 vorgesehen, welche es ermöglicht, gasförmiges, auf Zwischendruck verdichtetes und durch den Wärmeübertrager 142 enthitztes Kältemittel der Saugleitung 92a zuzuführen und somit einen Bypass zur ersten Verdichterstufe 102a herzustellen. In addition, a connecting line 152 with a control valve 154 is also provided, which makes it possible to supply gaseous refrigerant, compressed to intermediate pressure and deheated by the heat exchanger 142, to the suction line 92a and thus creating a bypass to the first compressor stage 102a.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage 10", dargestellt in Fig. 4, sind diejenigen Elemente, die mit denen der von einem der voranstehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen Bezug genommen werden kann.
Im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Rückleitung 74 des zweiten Wärmeübertragers 34 nicht mit der Saugleitung 92a der ersten Kältemittelverdichterstufe 102a verbunden ist, sondern mit der Saugleitung 92b der zweiten Verdichterstufe 102b, wenn davon ausgegangen wird, dass der Expansionsdruck in dem zweiten Wärmeübertrager 34 höher liegt als der des ersten Wärmeübertragers 32, so dass diese Lösung effizienter arbeitet. In a third exemplary embodiment of a temperature control system 10" according to the invention, shown in Fig. 4, those elements which are identical to those of one of the preceding exemplary embodiments are provided with the same reference symbols, so that the description of the same can be fully referred to the statements relating to the preceding Embodiments can be referred. In contrast to the second exemplary embodiment, the third exemplary embodiment provides that the return line 74 of the second heat exchanger 34 is not connected to the suction line 92a of the first refrigerant compressor stage 102a, but to the suction line 92b of the second compressor stage 102b, if it is assumed that the expansion pressure in the second heat exchanger 34 is higher than that of the first heat exchanger 32, so that this solution works more efficiently.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage 10"', dargestellt in Fig. 5, sind insbesondere diejenigen Elemente, die mit denen der voranstehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass Bezüglich der Beschreibung derselben auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen vollinhaltlich Bezug genommen werden kann. In a fourth exemplary embodiment of a temperature control system 10"' according to the invention, shown in FIG. 5, in particular those elements which are identical to those of the preceding exemplary embodiments are provided with the same reference numerals, so that with regard to the description of the same, reference is made to the statements relating to the preceding exemplary embodiments in full can be referred to.
Im Gegensatz zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen, insbesondere dem ersten Ausführungsbeispiel, ist bei der Temperieranlage 10"' in der Versorgungsleitung 128 nach dem das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel verflüssigenden Wärmeübertrager 126 ein Expansionsorgan 162 vorgesehen, welches das flüssige oder überkritische Kältemittel auf Mitteldruck expandiert und einem Mitteldruckabscheider 164 zuführt, in welchem sich dann ein Bad 166 aus flüssigem Kältemittel sowie eine Gasblase 168 aus gasförmigem Kältemittel ausbildet, wobei das flüssige Kältemittel aus dem Bad 166 den Zuleitungen 33 beziehungsweise 35 zu den Wärmeübertragern 32 beziehungsweise 34 zugeführt wird. In contrast to the preceding exemplary embodiments, in particular the first exemplary embodiment, an expansion element 162 is provided in the temperature control system 10"' in the supply line 128 after the heat exchanger 126 that liquefies the refrigerant compressed to high pressure, which expands the liquid or supercritical refrigerant to medium pressure and a medium-pressure separator 164, in which a bath 166 of liquid refrigerant and a gas bubble 168 of gaseous refrigerant are then formed, with the liquid refrigerant from the bath 166 being fed to the feed lines 33 and 35 to the heat exchangers 32 and 34, respectively.
Ferner wird mittels einer Verbindungsleitung 172, versehen mit einem Steuerventil 174, gasförmiges Kältemittel aus der Gasblase 168 der Saugleitung 92 der Verdichterstufe 102 zugeführt.
Die bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehene Expansion des flüssigen Kältemittels auf Mitteldruck hat den Vorteil, dass dadurch die Regelgüte beim Betrieb der Wärmeübertrager 32 und 94 mittels der Steuerventile 82 und 84 verbessert werden kann, da die einzustellende Druckdifferenz, insbesondere bei Verwendung von CO2 als Kältemittel geringer ist und Effizienzvorteile dadurch entstehen. Furthermore, by means of a connecting line 172 provided with a control valve 174, gaseous refrigerant from the gas bubble 168 is supplied to the suction line 92 of the compressor stage 102. The expansion of the liquid refrigerant to medium pressure provided in this exemplary embodiment has the advantage that the control quality during operation of the heat exchangers 32 and 94 can be improved by means of the control valves 82 and 84, since the pressure difference to be set is lower, particularly when using CO2 as the refrigerant and resulting in efficiency gains.
Bei einem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage 10"", dargestellt in Fig. 6 sind diejenigen Elemente, die mit den voranstehenden Ausführungsbeispielen identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen, insbesondere in diesem Fall die Ausführungen zu dem vierten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann. In a fifth exemplary embodiment of a temperature control system 10"" according to the invention, shown in FIG the comments on the fourth exemplary embodiment can be referred to.
Im Gegensatz zum vierten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zur Verbindungsleitung 172 mit dem Steuerventil 174, welche gasförmiges Kältemittel aus der Gasblase 168 der Saugleitung 92 der Verdichterstufe 102 zuführt, noch eine Verbindungsleitung 176 vorgesehen, welche ebenfalls ein Steuerventil 178 aufweist und in der Lage ist, flüssiges Kältemittel aus dem Bad 166, welches den Zuleitungen 33 und 35 zugeführt wird, abzuzweigen und der Saugleitung 92 der Verdichterstufe 102 zuzuführen. In contrast to the fourth exemplary embodiment, in addition to the connecting line 172 with the control valve 174, which supplies gaseous refrigerant from the gas bladder 168 to the suction line 92 of the compressor stage 102, there is also a connecting line 176 which also has a control valve 178 and is capable of supplying liquid refrigerant branch off from the bath 166, which is fed to the feed lines 33 and 35, and feed it to the suction line 92 of the compression stage 102.
Diese Verbindungsleitung 176 schafft die Möglichkeit, mit einem weiteren Freiheitsgrad, das Kältemittel in der Saugleitung 92 zur Verdichterstufe 102 hinsichtlich seiner Temperatur in einer für die Verdichterstufe 102 optimalen Weise zu beeinflussen.
Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage dargestellt in Fig. 7 sind diejenigen Elemente, die mit denen der voranstehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen Bezug genommen werden kann. This connecting line 176 creates the possibility, with a further degree of freedom, of influencing the temperature of the coolant in the suction line 92 to the compressor stage 102 in a way that is optimal for the compressor stage 102 . In a sixth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention shown in FIG. 7, those elements which are identical to those of the preceding exemplary embodiments are provided with the same reference symbols, so that reference can be made to the explanations relating to the preceding exemplary embodiments with regard to the description of the same.
Insbesondere sind bei dem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 zwei Verdichterstufen 102a und 102b mit den Schmiermittelabscheidern 114 vorgesehen. In particular, in the sixth exemplary embodiment according to FIG. 7, two compressor stages 102a and 102b with the lubricant separators 114 are provided.
Außerdem sind bei dem sechsten Ausführungsbeispiel die Verbindungsleitung 132a mit dem Steuerventil 134a sowie die Verbindungsleitung 132b mit dem Steuerventil 134b vorgesehen, in gleicher Weise wie dies beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel der Fall ist. In addition, in the sixth embodiment, the connection pipe 132a with the control valve 134a and the connection pipe 132b with the control valve 134b are provided in the same manner as in the second and third embodiments.
Ferner sind die Verbindungsleitungen 136a mit den Steuerventilen und 136b sowie die dazugehörigen Steuerventile 138a und 138b vorgesehen, mit denen gasförmiges unter Hochdruck stehendes Kältemittel den Saugleitungen 92a und 92b zuführbar ist. Furthermore, the connecting lines 136a with the control valves and 136b and the associated control valves 138a and 138b are provided, with which gaseous refrigerant under high pressure can be fed to the suction lines 92a and 92b.
Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das gasförmige Kältemittel aus der Gasblase 168 über die Verbindungsleitung 172a mit der Saugleitung 92a der ersten Verdichterstufe 102a verbunden ist, und zwar gesteuert durch das Steuerventil 174a, und gleichzeitig ist eine Verbindungsleitung 172b mit einem Steuerventil 174b vorgesehen, welcher gasförmiges Kältemittel aus der Gasblase 168 der Saugleitung 92b der zweiten Verdichterstufe 102b zuführbar ist. Furthermore, in this exemplary embodiment it is provided that the gaseous refrigerant from the gas bladder 168 is connected via the connecting line 172a to the suction line 92a of the first compressor stage 102a, controlled by the control valve 174a, and at the same time a connecting line 172b is provided with a control valve 174b. which gaseous refrigerant from the gas bubble 168 of the suction line 92b of the second compressor stage 102b can be fed.
Ferner ist bei dem sechsten Ausführungsbeispiel in gleicher Weise wie beim dritten Ausführungsbeispiel die Rückleitung 74 des zweiten Wärmeübertragers 34 zu der Saugleitung 92b der zweiten Verdichterstufe 102b geführt.
Bei einem siebten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage , dargestellt in Fig. 8, sind diejenigen Elemente, die mit den voranstehenden Ausführungsbeispielen identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben auf die Ausführungen zu diesen Ausführungsbeispielen Bezug genommen werden kann. Furthermore, in the sixth exemplary embodiment, the return line 74 of the second heat exchanger 34 is routed to the suction line 92b of the second compressor stage 102b in the same way as in the third exemplary embodiment. In a seventh exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention, shown in FIG. 8, those elements which are identical to the preceding exemplary embodiments are provided with the same reference symbols, so that reference can be made to the explanations relating to these exemplary embodiments with regard to the description of the same.
Bei dem siebten Ausführungsbeispiel fehlen im Gegensatz zu dem sechsten Ausführungsbeispiel die Verbindungsleitungen 136a und 136b mit den entsprechenden Steuerventilen 138a und 138b zum Zuführen von gasförmigem Kältemittel zu den jeweiligen Saugleitungen 92a und 92b der Verdichterstufen 102a und 102b. In contrast to the sixth exemplary embodiment, the connecting lines 136a and 136b with the corresponding control valves 138a and 138b for supplying gaseous refrigerant to the respective suction lines 92a and 92b of the compressor stages 102a and 102b are missing in the seventh exemplary embodiment.
Anstelle dieser sind ähnlich wie beim sechsten Ausführungsbeispiel Verbindungsleitungen 176a und 176b mit den entsprechenden Steuerventilen 178a und 178b vorgesehen, welche es ermöglichen, Kältemittel, welches vom Bad 166 des Mitteldruckabscheiders 164 den Zuleitungen 54 beziehungsweise 64 des ersten Wärmeübertragers 32 beziehungsweise des zweiten Wärmeübertragers 34 zugeführt wird, abzuzweigen und den Saugleitungen 92a und 92b zur Kühlung des angesaugten gasförmigen Kältemittels zuzuführen. Instead of these, connecting lines 176a and 176b with the corresponding control valves 178a and 178b are provided, similar to the sixth exemplary embodiment, which enable refrigerant, which is supplied from the bath 166 of the medium-pressure separator 164 to the feed lines 54 or 64 of the first heat exchanger 32 or of the second heat exchanger 34, respectively , branched off and fed to the suction lines 92a and 92b for cooling the sucked gaseous refrigerant.
Ferner ist in gleicher Weise wie beim sechsten Ausführungsbeispiel die Rückleitung 74 des zweiten Wärmeübertragers 34 mit der Saugleitung 92b verbunden. Furthermore, in the same way as in the sixth exemplary embodiment, the return line 74 of the second heat exchanger 34 is connected to the suction line 92b.
Bei einem achten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage dargestellt in Fig. 9 ist die bei dem sechsten und siebten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 8 noch vorhandene Verbindungsleitung 132a entfallen und lediglich noch die Verbindungsleitung 132b mit dem Steuerventil 134b vorhanden und außerdem auch die Verbindungsleitung 152 mit dem Steuerventil 154 vorgesehen, um das System zu vereinfachen.
Im Übrigen sind nach wie vor die Verbindungsleitungen 136a und 136b mit den Steuerventilen 138a und 138b vorhanden und auch die Verbindungsleitungen 172a und 172b mit den Steuerventilen 174a und 174b, so dass zu diesen keine weiteren Ausführungen mehr erforderlich sind. In an eighth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention, shown in FIG. 9, the connecting line 132a that is still present in the sixth and seventh exemplary embodiment according to FIGS Control valve 154 provided to simplify the system. Otherwise, the connecting lines 136a and 136b with the control valves 138a and 138b are still present, as are the connecting lines 172a and 172b with the control valves 174a and 174b, so that no further explanations are required for these.
Alternativ zu dem sechsten, siebten und achten Ausführungsbeispiel besteht, wie bei einem neunten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperieranlage, dargestellt in Fig. 10, welches letztlich vom Grundprinzip her dem sechsten Ausführungsbeispiel entspricht, die Möglichkeit, die Rückleitung 74 des zweiten Wärmeübertragers 34 nicht mit der Saugleitung 72b der zweiten Verdichterstufe 102b zu verbinden, sondern mit der Saugleitung 92a der ersten Verdichterstufe 102a. As an alternative to the sixth, seventh and eighth exemplary embodiment, there is the possibility, as in a ninth exemplary embodiment of a temperature control system according to the invention, shown in FIG 72b to connect the second compressor stage 102b, but with the suction line 92a of the first compressor stage 102a.
Dies kann in analoger Weise auch bei einer Variante des siebten und achten Ausführungsbeispiels vorgenommen werden. This can also be done in a similar way in a variant of the seventh and eighth exemplary embodiment.
Somit sind auch beim neunten Ausführungsbeispiel die Elemente, die mit denen der voranstehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass vollinhaltlich auf die Ausführungen zu diesen Elementen in den voranstehenden Ausführungsbeispielen Bezug genommen werden kann. Thus, also in the ninth exemplary embodiment, the elements that are identical to those of the preceding exemplary embodiments are provided with the same reference symbols, so that full content can be referred to the explanations regarding these elements in the preceding exemplary embodiments.
Bei allen voranstehenden Ausführungsbeispielen wurde lediglich davon ausgegangen, dass das Medium 14 in dem Raum 12 mittels der Wärmeübertrager 32 und 34 gekühlt werden soll. In all of the above exemplary embodiments, it was only assumed that the medium 14 in the space 12 is to be cooled by means of the heat exchangers 32 and 34 .
Es besteht aber auch die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Temperieranlage zu einer Temperaturprüf- oder Temperatursimulationsanlage auszubauen, bei welcher in dem Raum 12 noch eine Heizung 180 vorgesehen ist, welche es erlaubt, das in dem Raum 12 angeordnete Objekt 18 beispielsweise mittels des Mediums 14 nicht nur zu kühlen, sondern auch aufzuheizen und somit Temperaturzyklen zu unterwerfen.
Insbesondere ist es in diesem Fall von großem Vorteil, wenn der Kältemittelkreislauf 30 durch die verschiedenen Verbindungsleitungen 132, 136, 172, 176, 152 optimal betrieben werden kann, um einerseits die erforderliche Kälteleistung zu erzeugen und andererseits die einzelne Verdichterstufe 102 oder die beiden Verdichterstufen 102a und 102b mit optimalem Wirkungsgrad und optimalen Betriebsbedingungen zu betreiben. However, there is also the possibility of expanding the temperature control system according to the invention into a temperature testing or temperature simulation system, in which a heater 180 is also provided in the space 12, which allows the object 18 arranged in the space 12, for example by means of the medium 14, not only to cool, but also to heat up and thus subject to temperature cycles. In particular, it is of great advantage in this case if the refrigerant circuit 30 can be operated optimally through the various connecting lines 132, 136, 172, 176, 152 in order to generate the required cooling capacity on the one hand and the individual compressor stage 102 or the two compressor stages 102a on the other and 102b to operate at optimum efficiency and operating conditions.
Bei sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen steuert die Steuerung 86 zweckmäßigerweise nicht nur die Steuerventile 82 und 84 sondern mindestens eines der anderen Steuerventile 134, 138, 144, 146, 154, 174, 178, entsprechend der erforderlichen Kälteleistung oder Temperatur in Raum 12 und den für die Verdichterstufen 102, 102a, 102b geeigneten Betriebsbedingungen durch erfassen der auftretenden Drucke und Temperaturen.
In all of the exemplary embodiments described above, the controller 86 expediently controls not only the control valves 82 and 84 but at least one of the other control valves 134, 138, 144, 146, 154, 174, 178, according to the required cooling capacity or temperature in the room 12 and for the Compressor stages 102, 102a, 102b suitable operating conditions by detecting the occurring pressures and temperatures.
Claims
P A T E N T A N S P R Ü C H E P A T E N T A N T L A G E S
1. Temperieranlage (10), umfassend einen ein zu temperierendes Medium (14) , mit welchem mindestens ein Wärmeübertrager (32, 34) zur Aufnahme von Wärme aus dem Medium (14) zusammenwirkt, sowie einen Kältemittelkreislauf (30), welcher dem mindestens einen Wärmeübertrager (32, 34) Kältemittel zur Expansion zuführt, und hierzu mindestens eine in dem Wärmeübertrager (32, 34) expandiertes Kältemittel verdichtende Verdichterstufe (102) sowie einen aus dem verdichteten Kältemittel Wärme abführenden Wärmeübertrager (122, 126) sowie ein Steuerventil (82, 84) zur Steuerung des Massenstroms des verdichteten Kältemittels zum mindestens einen Wärmeübertrager (32, 34) zur Aufnahme von Wärme umfasst, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein erster Wärmeübertrager (32) so ausgebildet ist, dass bei dem ersten Wärmeübertrager (32) auf eine Zuleitung (33) folgend das Kältemittel in einen Kältemittelverteiler (36) eintritt und von diesem ausgehend durch mindestens ein massenstrombegrenzendes Düsenelement (42) in mindestens einen Wärmeübertragerkanal (44) eintritt und in diesem expandiert. 1. Temperature control system (10), comprising a medium (14) to be temperature-controlled, with which at least one heat exchanger (32, 34) for absorbing heat from the medium (14) interacts, and a refrigerant circuit (30) which the at least one Heat exchanger (32, 34) supplies refrigerant for expansion, and for this purpose at least one compressor stage (102) compressing expanded refrigerant in the heat exchanger (32, 34) and a heat exchanger (122, 126) dissipating heat from the compressed refrigerant and a control valve (82, 84) for controlling the mass flow of the compressed refrigerant to the at least one heat exchanger (32, 34) for absorbing heat, d a r c h e k e n n z e i c h n e t that a first heat exchanger (32) is designed such that the first heat exchanger (32) is connected to a supply line (33 ) the refrigerant then enters a refrigerant distributor (36) and proceeds from there through at least one mass flow-limiting D üsenelement (42) in at least one heat exchanger channel (44) occurs and expands in this.
2. Temperieranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel in dem sich an das Düsenelement (42) anschließenden Wärmeübertragerkanal (44) auf einen Druck expandiert der unterhalb des Tripelpunkts des Kältemittels liegt. 2. Temperature control system according to Claim 1, characterized in that the refrigerant in the heat exchanger channel (44) adjoining the nozzle element (42) expands to a pressure which is below the triple point of the refrigerant.
3. Temperieranlage (10) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Medium (14) ein erster (32) und ein zweiter Wärmeübertrager (34) Zusammenwirken, dass der erste Wärmeübertrager (32) zur Kühlung des Mediums (14) auf Temperaturen von weniger als
ungefähr 223 K ausgebildet ist, dass der zweite Wärmeübertrager (34) zur Kühlung des Mediums auf Temperaturen über ungefähr 223 K ausgebildet ist und dass der Kältemittelkreislauf (30) so ausgebildet ist, dass dieser im Betrieb entweder Kältemittel in den ersten Wärmeübertrager (32) oder in den zweiten Wärmeübertrager (34) einspeist. . Temperieranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (30) eine Zuleitung (33) zu dem ersten Wärmeübertrager (32) und eine Zuleitung (35) zu dem zweiten Wärmeübertrager (34) aufweist, und dass in jeder der Zuleitungen (33, 35) ein von einer Steuerung (86) des Kältemittelkreislaufs (30) gesteuertes Steuerventil (82, 84) zur Steuerung des dem jeweiligen Wärmeübertrager (32, 34) zugeleiteten Massenstroms vorgesehen ist. 3. Temperature control system (10) according to the preamble of claim 1 or according to one of the preceding claims, characterized in that a first (32) and a second heat exchanger (34) interact with the medium (14), that the first heat exchanger (32) for cooling the medium (14) to temperatures of less than approximately 223 K, that the second heat exchanger (34) is designed to cool the medium to temperatures above approximately 223 K and that the refrigerant circuit (30) is designed in such a way that, during operation, it either feeds refrigerant into the first heat exchanger (32) or feeds into the second heat exchanger (34). . Temperature control system according to Claim 3, characterized in that the refrigerant circuit (30) has a feed line (33) to the first heat exchanger (32) and a feed line (35) to the second heat exchanger (34), and that in each of the feed lines (33, 35) a control valve (82, 84) controlled by a controller (86) of the refrigerant circuit (30) is provided for controlling the mass flow fed to the respective heat exchanger (32, 34).
5. Temperieranlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (86) je nach geforderter Temperatur des in dem Raum (12) vorgesehenen zu kühlenden Mediums (14) entweder dem zweiten Wärmeübertrager (34) oder dem ersten Wärmeübertrager (32) verdichtetes Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf (30) temperaturgesteuert zuführt. 5. Temperature control system according to claim 3 or 4, characterized in that a control (86) depending on the required temperature of the medium (14) to be cooled provided in the space (12) either the second heat exchanger (34) or the first heat exchanger (32) compressed refrigerant from the refrigerant circuit (30) supplies temperature-controlled.
6. Temperieranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (35) zu dem zweiten Wärmeübertrager (34) ein Expansionsorgan (84) angeordnet ist. 6. Temperature control system according to one of the preceding claims, characterized in that an expansion element (84) is arranged in the supply line (35) to the second heat exchanger (34).
7. Temperieranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Wärmeübertrager (34) eine Expansion des Kältemittels bei einem Druck oberhalb des Sublimationsbereichs des Kältemittels erfolgt.
8. Temperieranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei dem zweiten Wärmeübertrager (34) Kanäle, in denen das zugeführte Kältemittel verdampft, von einer Zuleitung (35) bis zu einer Rückleitung (74) des zweiten Wärmeübertragers (34) erstrecken. 7. Temperature control system according to one of the preceding claims, characterized in that in the second heat exchanger (34) there is an expansion of the refrigerant at a pressure above the sublimation range of the refrigerant. 8. Temperature control system according to one of the preceding claims, characterized in that in the second heat exchanger (34) channels in which the supplied refrigerant evaporates, extend from a supply line (35) to a return line (74) of the second heat exchanger (34). .
9. Temperieranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (30) eine erste Verdichterstufe (102a) und mindestens eine mit dieser in Reihe arbeitende zweite Verdichterstufe (102b) vorgesehen sind und dass die erste Verdichterstufe (102a) das Kältemittel von einem Saugdruck auf einen Zwischendruck verdichtet und dass die zweite Verdichterstufe (102b) das Kältemittel von dem Zwischendruck auf Hochdruck verdichtet. 9. Temperature control system according to the preamble of claim 1 or according to one of the preceding claims, characterized in that a first compressor stage (102a) and at least one second compressor stage (102b) working in series with this are provided in the refrigerant circuit (30) and that the first compressor stage (102a) compresses the refrigerant from a suction pressure to an intermediate pressure and that the second compressor stage (102b) compresses the refrigerant from the intermediate pressure to high pressure.
10. Temperieranlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdichterstufe (102a) das Kältemittel einem Wärmeübertrager (142) zur Enthitzung des Kältemittels vor Eintritt in die zweite Verdichterstufe (102b) zuführt. 10. Temperature control system according to claim 9, characterized in that the first compressor stage (102a) feeds the refrigerant to a heat exchanger (142) to heat the refrigerant before it enters the second compressor stage (102b).
11. Temperieranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (30) eine Verbindungsleitung (152) mit einem Steuerventil (154) vorgesehen ist, mit welchem von der ersten Verdichterstufe (102a) auf Zwischendruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel einer Saugleitung der ersten Kältemittelverdichterstufe (102a) zuführbar ist. 11. Temperature control system according to one of the preceding claims, characterized in that a connecting line (152) with a control valve (154) is provided in the refrigerant circuit (30), with which gaseous refrigerant compressed to intermediate pressure from the first compressor stage (102a) is fed to a suction line of the first refrigerant compressor stage (102a) can be supplied.
12. Temperieranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel zunächst in einem Wärmeübertrager (122) eine Enthitzung erfährt und nachfolgend in einem Wärmeübertrager (126) eine Verflüssigung erfährt.
13. Temperieranlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (30) das verflüssigte Kältemittel entweder dem ersten Wärmeübertrager (32) oder dem zweiten Wärmeübertrager (34) zur Aufnahme von Wärme zuführt. 12. Temperature control system according to one of the preceding claims, characterized in that the refrigerant compressed to high pressure first undergoes heat dissipation in a heat exchanger (122) and subsequently undergoes liquefaction in a heat exchanger (126). 13. Temperature control system according to claim 12, characterized in that the refrigerant circuit (30) feeds the liquefied refrigerant either to the first heat exchanger (32) or to the second heat exchanger (34) for absorbing heat.
14. Temperieranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel nach dem hochdruckseitigen, das Kältemittel verflüssigenden Wärmeübertrager (126) durch ein Expansionsorgan (162) eine Expansion auf einen Mitteldruck erfährt und in einen Mitteldruckabscheider (164) eintritt, in welchem eine Trennung von gasförmiger (168) und flüssiger Phase (166) erfolgt, und dass eine Zufuhr der flüssigen Phase (166) zu dem ersten oder zweiten Wärme aus dem Medium (14) aufnehmenden Wärmeübertrager (32, 34) erfolgt. 14. Temperature control system according to the preamble of claim 1 or according to one of the preceding claims, characterized in that the refrigerant after the high-pressure side, the refrigerant liquefying heat exchanger (126) undergoes an expansion by an expansion element (162) to a medium pressure and in a medium-pressure separator ( 164) occurs, in which a separation of gaseous (168) and liquid phase (166) takes place, and that the liquid phase (166) is supplied to the first or second heat exchanger (32, 34) absorbing heat from the medium (14). he follows.
15. Temperieranlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) eine Verbindungsleitung (172) mit einem Steuerventil (174) zugeordnet ist, mit welcher die sich im Mitteldruckabscheider (164) sammelnde gasförmige Phase (168) zu einer Saugleitung (92, 92a, 92) der mindestens eine Verdichterstufe (102, 102a, 102b) zuführbar ist. 15. Temperature control system according to Claim 14, characterized in that at least one compressor stage (102, 102a, 102b) is assigned a connecting line (172) with a control valve (174), with which the gaseous phase (168) collecting in the medium-pressure separator (164) to a suction line (92, 92a, 92) which can be fed to at least one compressor stage (102, 102a, 102b).
16. Temperieranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Verdichterstufe (102a, 102a, 102b) eine Verbindungsleitung (132) mit einem Steuerventil (134) zugeordnet ist, mit welcher auf Hochdruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel einer Saugleitung (92, 92a, 92b) der mindestens einen Verdichterstufe (102, 102a, 102b) zuführbar ist.
17. Temperieranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) in dem Kältemittelkreislauf (30) eine Verbindungsleitung (136) mit einem Steuerventil (138) zugeordnet ist, mit welcher auf Hochdruck verdichtetes flüssiges Kältemittel einer Saugleitung (92, 92a, 92b) der mindestens einen Verdichterstufe (102) zuführbar ist. 16. Temperature control system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one compressor stage (102a, 102a, 102b) is assigned a connecting line (132) with a control valve (134), with which gaseous refrigerant compressed to high pressure is fed to a suction line (92, 92a , 92b) can be fed to the at least one compressor stage (102, 102a, 102b). 17. Temperature control system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one compressor stage (102, 102a, 102b) in the refrigerant circuit (30) is assigned a connecting line (136) with a control valve (138), with which liquid refrigerant compressed to high pressure a suction line (92, 92a, 92b) which can be fed to the at least one compressor stage (102).
18. Temperieranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) eine Verbindungsleitung (176) mit einem Steuerventil (178) zugeordnet ist, mit welcher verdichtetes flüssiges Kältemittel bei Mitteldruck einer Saugleitung (92, 92a, 92b) der mindestens einen Verdichterstufe (102, 102a, 102b) zuführbar ist. 18. Temperature control system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one compressor stage (102, 102a, 102b) is assigned a connecting line (176) with a control valve (178), with which compressed liquid refrigerant at medium pressure is fed to a suction line (92, 92a , 92b) can be fed to the at least one compressor stage (102, 102a, 102b).
19. Temperieranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeübertrager (34) ausgangsseitig mit einer Saugleitung (92a, 92b) der ersten Verdichterstufe (102a) oder der zweiten Verdichterstufe (102b) verbunden ist. 19. Temperature control system according to one of the preceding claims, characterized in that the second heat exchanger (34) is connected on the output side to a suction line (92a, 92b) of the first compressor stage (102a) or the second compressor stage (102b).
20. Temperieranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (30) ein Behälter (142) zur Aufnahme von gasförmigem, unter Hochdruck stehendem Kältemittel vorgesehen ist, in welchem dieses zwischenspeicherbar ist, um dem Kältemittelkreislauf (30) Kältemittel temporär zu entziehen. 20. Temperature control system according to the preamble of claim 1 or according to one of the preceding claims, characterized in that in the refrigerant circuit (30) a container (142) for receiving gaseous refrigerant under high pressure is provided, in which this can be temporarily stored in order to temporarily remove refrigerant from the refrigerant circuit (30).
21. Temperieranlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischengespeicherte Kältemittel einer Saugleitung (92) einer Verdichterstufe (102) zuführbar ist.
22. Temperieranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (30) auf die jeweilige Verdichterstufe (102) folgend ein Schmiermittelabscheider (114) zur Abscheidung von Schmiermittel vorgesehen ist. 21. Temperature control system according to claim 20, characterized in that the intermediately stored refrigerant can be fed to a suction line (92) of a compressor stage (102). 22. Temperature control system according to one of the preceding claims, characterized in that in the refrigerant circuit (30) on the respective compressor stage (102) following a lubricant separator (114) is provided for separating lubricant.
23. Temperieranlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelabscheider (114) eine Rückführung (116) für das abgeschiedene Schmiermittel zur jeweiligen Verdichterstufe (102) aufweist. 23. Temperature control system according to claim 22, characterized in that the lubricant separator (114) has a return (116) for the separated lubricant to the respective compressor stage (102).
24. Temperaturprüfanlage oder Temperatursimulationsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Temperieranlage (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche und dass diese zusätzlich eine Heizung (180) zum Erwärmen des Mediums (14) aufweist. 24. Temperature test system or temperature simulation system, characterized in that it has a temperature control system (10) according to one of the preceding claims and that it also has a heater (180) for heating the medium (14).
25. Verfahren zum Betreiben einer Temperieranlage (10), umfassend einen ein zu temperierendes Medium (14), mit welchem mindestens ein Wärmeübertrager (32, 34) zur Aufnahme von Wärme aus dem Medium (14) zusammenwirkt, sowie einen Kältemittelkreislauf (30), welcher dem mindestens einen Wärmeübertrager (32, 34) Kältemittel zur Expansion zuführt und hierzu mindestens eine in dem Wärmeübertrager (32, 34) expandiertes Kältemittel verdichtende Verdichterstufe (102) sowie einen aus dem verdichteten Kältemittel Wärme abführenden Wärmeübertrager (122, 126) sowie ein Steuerventil (82, 84) zur Steuerung des Massenstroms des verdichteten Kältemittels zum mindestens einen Wärmeübertrager (32, 34) zur Aufnahme von Wärme umfasst,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei dem ersten Wärmeübertrager (32) auf eine Zuleitung (33) folgend das Kältemittel einem Kältemittelverteiler (36) zugeführt wird und von diesem ausgehend durch mindestens ein massenstrombegrenzendes Düsenelement (42) mindestens einem Wärmeübertragerkanal (44) zugeführt wird und in diesem expandiert. 25. Method for operating a temperature control system (10), comprising a medium (14) to be temperature-controlled, with which at least one heat exchanger (32, 34) for absorbing heat from the medium (14) interacts, and a refrigerant circuit (30), which supplies the at least one heat exchanger (32, 34) with refrigerant for expansion and for this purpose at least one compressor stage (102) compressing expanded refrigerant in the heat exchanger (32, 34) and a heat exchanger (122, 126) dissipating heat from the compressed refrigerant and a control valve (82, 84) for controlling the mass flow of the compressed refrigerant to the at least one heat exchanger (32, 34) for absorbing heat, characterized in that in the first heat exchanger (32), following a supply line (33), the refrigerant is fed to a refrigerant distributor (36) and, starting from there, is fed through at least one nozzle element (42) that limits the mass flow to at least one heat exchanger channel (44) and expands in it .
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kältemittelverteiler (36) das Kältemittel bei einem über einem Tripelpunkt des Kältemittels liegenden Druck zugeführt wird. 26. The method according to claim 25, characterized in that the refrigerant distributor (36) is supplied with the refrigerant at a pressure above a triple point of the refrigerant.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass in das Kältemittel dem Kältemittelverteiler (36) in einem überkritischen Zustand desselben zugeführt wird. 27. The method according to claim 26, characterized in that the coolant is supplied to the coolant distributor (36) in a supercritical state of the same.
28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase dem Kältemittelverteiler (36) zugeführt wird. 28. The method according to claim 26, characterized in that the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor (36) with a liquid phase and a gaseous phase.
29. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel in der flüssigen Phase dem Kältemittelverteiler (36) zugeführt wird. 29. The method according to claim 26, characterized in that the refrigerant is supplied to the refrigerant distributor (36) in the liquid phase.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass dem Düsenelement (42) das Kältemittel mit einem derartigen Druck zugeführt und in diesem geführt wird, dass in diesem keine Expansion des Kältemittels auf einem Druck unterhalb des Tripelpunkts desselben erfolgt.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel in dem sich an das Düsenelement (42) anschließenden Wärmeübertragerkanal (44) durch Sublimation expandiert wird. 30. The method according to any one of claims 25 to 29, characterized in that the nozzle element (42) is supplied with the refrigerant at such a pressure and is guided in this that there is no expansion of the refrigerant to a pressure below the triple point of the same. 31. The method according to any one of claims 25 to 30, characterized in that the refrigerant in the nozzle element (42) adjoining the heat exchanger channel (44) is expanded by sublimation.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Wärmeübertragerkanal (44) ein Druck des Kältemittels aufrecht erhalten wird, welcher unterhalb des Tripelpunkts des Kältemittels liegt. 32. The method according to claim 31, characterized in that a pressure of the refrigerant which is below the triple point of the refrigerant is maintained in the at least one heat exchanger channel (44).
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel in dem mindestens einen Wärmeübertragerkanal (44) auf einem einem Sublimationsdruck des Kältemittels entsprechenden Druck gehalten wird. 33. The method according to claim 31 or 32, characterized in that the refrigerant in the at least one heat exchanger channel (44) is kept at a pressure corresponding to a sublimation pressure of the refrigerant.
34. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 25 oder nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Medium (14) ein erster (32) und ein zweiter Wärmeübertrager (34) Zusammenwirken, dass der erste Wärmeübertrager (32) zur Kühlung des Mediums (14) auf Temperaturen von weniger als ungefähr 223 K eingesetzt wird, dass der zweite Wärmeübertrager (34) zur Kühlung des Mediums auf Temperaturen über ungefähr 223 K eingesetzt wird und dass der Kältemittelkreislauf (30) so betrieben wird, dass dieser entweder Kältemittel in den ersten Wärmeübertrager (32) oder in den zweiten Wärmeübertrager (34) einspeist.
34. The method according to the preamble of claim 25 or according to one of claims 25 to 33, characterized in that a first (32) and a second heat exchanger (34) interact with the medium (14), that the first heat exchanger (32) for Cooling of the medium (14) to temperatures of less than approximately 223 K is used, that the second heat exchanger (34) is used to cool the medium to temperatures above approximately 223 K and that the refrigerant circuit (30) is operated in such a way that it either Feeds refrigerant into the first heat exchanger (32) or into the second heat exchanger (34).
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (30) eine Zuleitung (33) zu dem ersten Wärmeübertrager (32) und eine Zuleitung (35) zu dem zweiten Wärmeübertrager (34) aufweist und dass in jeder der Zuleitungen (33, 35) von einer Steuerung (86) des Kältemittelkreislaufs (30) der dem jeweiligen Wärmeübertrager (32, 34) zugeleitete Massenstroms gesteuert wird. 35. The method according to claim 34, characterized in that the refrigerant circuit (30) has a feed line (33) to the first heat exchanger (32) and a feed line (35) to the second heat exchanger (34) and that in each of the feed lines (33 , 35) by a controller (86) of the refrigerant circuit (30) of the respective heat exchanger (32, 34) fed mass flow is controlled.
36. Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass je nach erforderlicher Temperatur des in dem Raum (12) vorgesehenen zu kühlenden Mediums (14) entweder dem zweiten Wärmeübertrager (34) oder dem ersten Wärmeübertrager (32) verdichtetes Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf (30) temperaturgesteuert zugeführt wird. 36. The method according to claim 34 or 35, characterized in that depending on the required temperature of the medium (14) to be cooled provided in the space (12) either the second heat exchanger (34) or the first heat exchanger (32) compressed refrigerant from the refrigerant circuit (30) is supplied under temperature control.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (35) zu dem zweiten Wärmeübertrager (34) eine Expansion des Kältemittels erfolgt. 37. The method according to any one of claims 34 to 36, characterized in that in the feed line (35) to the second heat exchanger (34) there is an expansion of the refrigerant.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeübertrager (34) so betrieben wird, dass in diesen eine Expansion des Kältemittels bei einem Druck oberhalb des Sublimationsbereichs des Kältemittels erfolgt. 38. The method as claimed in one of claims 34 to 37, characterized in that the second heat exchanger (34) is operated in such a way that the refrigerant expands in it at a pressure above the sublimation range of the refrigerant.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeübertrager (34) als konventioneller Wärmeübertrager (34), insbesondere als Verdampfer, ausgebildet ist.
0. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 25 oder nach einem der Ansprüche 25 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (30) eine erste Verdichterstufe (102a) und mindestens eine mit dieser in Reihe arbeitenden zweite Verdichterstufe (102b) vorgesehen werden, dass mit der ersten Verdichterstufe (102a) das Kältemittel von einem Saugdruck auf einen Zwischendruck verdichtet wird und dass mit der zweiten Verdichterstufe (102b) das Kältemittel von dem Zwischendruck auf Hochdruck verdichtet wird. 1. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Verdichterstufe (102a) das Kältemittel einem Wärmeübertrager (142) zur Enthitzung des Kältemittels vor Eintritt in die zweite Verdichterstufe (102b) zugeführt wird. 2. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (30) von der ersten Verdichterstufe (102a) auf Zwischendruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel dieser bedarfsgesteuert saugseitig zugeführt wird. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel zunächst in einem Wärmeübertrager (122) enthitzt wird und nachfolgend in einem Wärmeübertrager (126) verflüssigt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (30) das verflüssigte Kältemittel nach dem Verflüssigen entweder dem ersten Wärmeübertrager (32) oder dem zweiten Wärmeübertrager (34) zur Aufnahme von Wärme aus dem Medium (14) temperaturgesteuert zugeführt wird.
- 50 -39. The method according to any one of claims 34 to 38, characterized in that the second heat exchanger (34) is designed as a conventional heat exchanger (34), in particular as an evaporator. 0. The method according to the preamble of claim 25 or according to one of claims 25 to 39, characterized in that a first compressor stage (102a) and at least one second compressor stage (102b) working in series with this are provided in the refrigerant circuit (30), that with the first compressor stage (102a) the refrigerant is compressed from a suction pressure to an intermediate pressure and that with the second compressor stage (102b) the refrigerant is compressed from the intermediate pressure to high pressure. 1. The method according to claim 40, characterized in that from the first compressor stage (102a) the refrigerant is fed to a heat exchanger (142) for desuperheating of the refrigerant before it enters the second compressor stage (102b). 2. The method according to any one of claims 25 to 41, characterized in that in the refrigerant circuit (30) of the first compressor stage (102a) compressed to intermediate pressure gaseous refrigerant is supplied to this demand-controlled on the suction side. 3. The method according to any one of claims 25 to 42, characterized in that the refrigerant compressed to high pressure is first deheated in a heat exchanger (122) and is subsequently liquefied in a heat exchanger (126). 4. The method according to claim 43, characterized in that the refrigerant circuit (30) the liquefied refrigerant after liquefaction either the first heat exchanger (32) or the second heat exchanger (34) for absorbing heat from the medium (14) is supplied temperature-controlled. - 50 -
WO 2022/101139 PCT/EP2021/080951 5. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 25 oder nach einem der Ansprüche 25 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel nach dem hochdruckseitigen, Verflüssigen auf einen Mitteldruck expandiert wird und in einen Mitteldruckabscheider (164) gesammelt wird, in welchem eine Trennung von gasförmiger (168) und flüssiger Phase (166) erfolgt, und dass die flüssigen Phase dem ersten oder zweiten Wärme aus dem Medium (14) aufnehmenden Wärmeübertrager (32, 34) temperaturgesteuert zugeführt wird. 6. Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) eine sich im Mitteldruckabscheider sammelnde gasförmige Phase (168) mitteldruckgesteuert saugseitig zugeführt wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Verdichterstufe (102a, 102a, 102b) auf Hochdruck verdichtetes gasförmiges Kältemittel bedarfs-gesteuert saugseitig zugeführt wird. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) auf Hochdruck verdichtetes flüssiges Kältemittel bedarfs-gesteuert saugseitig zugeführt wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Verdichterstufe (102, 102a, 102b) verdichtetes flüssiges Kältemittel bei Mitteldruck bedarfs-gesteuert saugseitig zugeführt wird.
- 51 -WO 2022/101139 PCT/EP2021/080951 5. The method according to the preamble of claim 25 or according to any one of claims 25 to 44, characterized in that the refrigerant is expanded to a medium pressure after the high-pressure side, liquefaction and in a medium-pressure separator (164) is collected, in which a separation of gaseous (168) and liquid phase (166) takes place, and that the liquid phase is supplied to the first or second heat exchanger (32, 34) absorbing heat from the medium (14) under temperature control. 6. The method as claimed in claim 45, characterized in that a gaseous phase (168) collecting in the medium-pressure separator is fed to at least one compressor stage (102, 102a, 102b) on the suction side under medium-pressure control. 7. The method according to any one of claims 25 to 46, characterized in that at least one compressor stage (102a, 102a, 102b) compressed to high pressure gaseous refrigerant is supplied demand-controlled on the suction side. 8. The method according to any one of claims 25 to 47, characterized in that at least one compressor stage (102, 102a, 102b) compressed to high pressure liquid refrigerant is supplied demand-controlled on the suction side. 9. The method according to any one of claims 25 to 48, characterized in that at least one compressor stage (102, 102a, 102b) compressed liquid refrigerant is supplied at medium pressure demand-controlled on the suction side. - 51 -
WO 2022/101139 PCT/EP2021/080951 WO 2022/101139 PCT/EP2021/080951
50. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass expandiertes Kältemittel aus dem zweiten Wärmeübertrager (34) der ersten Verdichterstufe (102a) oder der zweiten Verdichterstufe (102b) saugseitig zugeführt wird. 50. The method according to any one of claims 25 to 49, characterized in that expanded refrigerant from the second heat exchanger (34) of the first compressor stage (102a) or the second compressor stage (102b) is supplied on the suction side.
51. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 25 oder nach einem der Ansprüche 25 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (30) unter Hochdruck stehendes gasförmiges Kältemittel in einem Behälter (142) bedarfsgesteuert zwischengespeichert wird. 51. The method according to the preamble of claim 25 or according to any one of claims 25 to 50, characterized in that in the refrigerant circuit (30) under high pressure gaseous refrigerant is temporarily stored in a container (142) as required.
52. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischengespeicherte Kältemittel einer Verdichterstufe (102) bedarfsgesteuert saugseitig zugeführt wird. 52. The method according to claim 51, characterized in that the intermediately stored refrigerant is supplied to a compressor stage (102) on the suction side in a demand-controlled manner.
53. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (30) auf die jeweilige Verdichterstufe (102) folgend eine Abscheidung von Schmiermittel erfolgt. 53. The method according to any one of claims 25 to 52, characterized in that in the refrigerant circuit (30) following the respective compressor stage (102) a separation of lubricant takes place.
54. Verfahren nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeschiedene Schmiermittel zur jeweiligen Verdichterstufe (102) zureichgeführt wird. 54. The method according to claim 53, characterized in that the separated lubricant is supplied to the respective compressor stage (102).
55. Verfahren zum Betreiben einer Temperaturprüfanlage oder einer Temperatursimulationsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass dieses gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 54 erfolgt und zusätzlich das Medium (14) durch eine Heizung (180) bedarfsgesteuert erwärmt wird.
55. Method for operating a temperature testing system or a temperature simulation system, characterized in that this is carried out according to a method according to one of claims 25 to 54 and the medium (14) is additionally heated by a heater (180) in a demand-controlled manner.
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