Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage, insbesondere eine Transportkälte- anlage, umfassend einen insbesondere mit CO2 als Kältemittel arbeitenden Kältemittelkreislauf, in welchem ein Gesamtmassenstrom des Kältemittels geführt ist, einen im Kältemittelkreislauf angeordneten, auf Hochdruck verdichtetes Kältemittel kühlenden hochdruckseitigen Wärmeübertrager, ein im Kältemittelkreislauf auf den hochdruckseitigen Wärmeübertrager folgend angeordnetes Expansionsorgan, das im aktiven Zustand den Gesamtmassen- strom des Kältemittels durch Expansion kühlt und dabei einen Hauptmassen- strom aus flüssigem Kältemittel und einen Zusatzmassenstrom aus gas- förmigem Kältemittel erzeugt, die in einen Zwischendrucksammler eintreten und in diesem in den Hauptmassenstrom und den Zusatzmassenstrom getrennt werden, mindestens eine Kühlstufe, welche den Hauptmassenstrom aus dem Zwischendrucksammler in mindestens einem Kühlexpansionsorgan auf einen Niederdruck expandiert und dabei an einem niederdruckseitigen Wärmeübertrager Kälteleistung zur Verfügung stellt, und eine den Haupt- massenstrom von Niederdruck auf Hochdruck verdichtende Kältemittel- verdichtereinheit.

Derartige Kälteanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Bei diesen besteht das Problem, die Kälteanlage, insbesondere für den Betrieb als Transportkälteanlage, möglichst einfach und effizient arbeitend aufzu- bauen. Diese Aufgabe wird bei einer Kälteanlage der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kältemittelverdichtereinheit eine erste Verdichterstufe zur Verdichtung des bei Niederdruck zugeführten

Kältemittels des Hauptmassenstroms auf Mitteldruck und eine zweite

Verdichterstufe zur Verdichtung des auf Mitteldruck verdichteten Kältemittels des Hauptmassenstroms auf Hochdruck aufweist und dass der Zusatzmassen- strom aus dem Zwischendrucksammler in die zweite Verdichterstufe der Kältemittelverdichtereinheit zur Verdichtung auf Hochdruck eintritt.

Die erfindungsgemäße Lösung schafft somit eine einfache Möglichkeit, eine Kälteanlage mit einer Kältemittelverdichtereinheit zu betreiben, bei welcher der Hauptmassenstrom und der Zusatzmassenstrom in optimaler Art und Weise auf Hochdruck verdichtet werden können.

Insbesondere schafft die erfindungsgemäße Kälteanlage die Möglichkeit, CO2 als Kältemittel einzusetzen, und dabei die Kälteanlage optimal zu betreiben.

Besonders günstig ist es bei der erfindungsgemäßen Lösung, wenn die erste Verdichterstufe der Kältemittelverdichtereinheit mit einem mitteldruckseitigen Wärmeübertrager verbunden ist, welcher den auf Mitteldruck verdichteten Hauptmassenstrom kühlt, bevor dieser in die zweite Verdichterstufe eintritt.

Diese Lösung schafft - insbesondere bei Verwendung von CO2 als Kältemittel - die Möglichkeit, das beim Verdichten auf Mitteldruck signifikant erhitzte Kälte- mittel wieder abzukühlen, bevor eine Verdichtung auf Hochdruck erfolgt.

Prinzipiell könnte der mitteldruckseitige Wärmeübertrager durch beliebige Medien gekühlt sein.

Es wäre beispielsweise denkbar, auch den mitteldruckseitigen Wärme- Übertrager so anzuordnen, dass dieser durch das bei Niederdruck zur Kälte- mittelverdichtereinheit strömende Kältemittel gekühlt wird. Eine besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, dass der mitteldruckseitige Wärmeübertrager ein außerhalb der Kältemittelverdichtereinheit angeordneter externer Wärmeübertrager ist.

Dieser externe Wärmeübertrager kann durch vielerlei Medien gekühlt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Umgebungsluft zur Kühlung dient.

Hinsichtlich der Expansion des Gesamtmassenstroms durch das auf den hoch- druckseitigen Wärmeübertrager folgende Expansionsorgan wurde nicht fest- gelegt, auf welchen Druck die Expansion erfolgen soll, es ist lediglich vorgesehen, dass das Expansionsorgan den Druck auf einen Zwischendruck expandiert.

Eine Möglichkeit ist die, dass der Zwischendruck höher ist als der Mitteldruck und dass der Zusatzmassenstrom durch ein Zusatzmassenstromexpansions- organ auf Mitteldruck expandiert wird und bei Mitteldruck in die zweite

Verdichterstufe eintritt.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass der Zwischendruck dem Mitteldruck im Wesentlichen entspricht, so dass der Gesamtmassenstrom durch das auf den ersten externen Wärmeübertrager folgende Expansions- organ auf Mitteldruck expandiert werden kann.

Hinsichtlich der Druckniveaus, bei welcher die Kälteanlage arbeitet wurden keine näheren Angaben gemacht.

So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass bei CO2 als Kältemittel der Nieder- druck im Bereich von 1 bar bis 60 bar liegt.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass bei CO2 als Kältemittel der Mittel- druck im Bereich von 20 bar bis 120 bar liegt. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass bei CO2 als Kältemittel der Hoch- druck im Bereich von 50 bar bis 160 bar liegt.

Hinsichtlich des Aufbaus der Kältemittelverdichtereinheit wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.

So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Kältemittelverdichtereinheit einen Kältemittelverdichter und einen elektrischen Antriebsmotor aufweist.

In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn der Zusatzmassenstrom vor dem Eintreten in die zweite Verdichtereinheit einem Motorraum der Kälte- mittelverdichtereinheit zur Kühlung des elektrischen Antriebsmotors zugeführt wird.

Besonders günstig ist es, wenn der Zusatzmassenstrom nach Kühlung des elektrischen Antriebsmotors im Motorraum in die zweite Verdichterstufe eintritt.

Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der auf Mitteldruck verdichtete Hauptmassenstrom nach der Kühlung durch den mitteldruckseitigen Wärme- Übertrager und vor dem Eintritt in die zweite Verdichterstufe in den Motorraum zur Kühlung des elektrischen Antriebsmotors eintritt.

Dabei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn der auf Mittel- druck verdichtete und durch den mitteldruckseitigen Wärmeübertrager gekühlte Hauptmassenstrom nach Durchströmen des Motorraums in die zweite Verdichterstufe eintritt.

Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein Antriebsraum des Kältemittelverdichters, von welchem ausgehend ein Antrieb der Verdichter- Stufen erfolgt, auf Mitteldruck gehalten ist. Dies hat den Vorteil, dass dadurch eine Druckdifferenz insbesondere in der zweiten Verdichterstufe maximal zwischen Mitteldruck und Hochdruck besteht und somit die mechanische Belastung der einzelnen Komponenten der

Verdichterstufen möglichst gering gehalten werden kann.

Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Antriebsraum über einen Verbindungskanal mit dem Motorraum in Verbindung steht und oder wenn das Kältemittel nach Kühlung des elektrischen Antriebsmotors im Motorraum den Antriebsraum durchströmt.

Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Kältemittel- verdichtereinheit als halbhermetischer Verdichter ausgebildet ist, wobei in einem Gesamtgehäuse desselben sowohl der elektrische Antriebsmotor als auch der Kältemittelverdichter angeordnet sind.

Ferner wurden hinsichtlich der Ausbildung des Kältemittelverdichters selbst keine näheren Angaben gemacht.

So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Kältemittelverdichter der Kältemittelverdichtereinheit als Kolbenverdichter ausgebildet ist, da sich insbesondere mit einem derartigen Kolbenverdichter die für CO2 als Kältemittel genannten Drücke mit sinnvollem mechanischem Aufwand erreichen lassen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kolbenverdichter mehrere Zylinder- einheiten aufweist, von denen mindestens eine die erste Verdichterstufe und mindestens eine die zweite Verdichterstufe bilden.

Besonders günstig ist es, wenn die zwei Verdichterstufen so ausgelegt sind, dass das Verhältnis des Hubvolumens der ersten Verdichterstufe zum Hub- volumen der zweiten Verdichterstufe im Bereich von 1,5/1 bis 2/1 liegt.

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass mindestens zwei Zylindereinheiten die erste Verdichterstufe bilden. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die mindestens eine zweite

Zylindereinheit der zweiten Verdichterstufe relativ zu der mindestens einen Zylindereinheit der ersten Verdichterstufe bezogen auf eine Mittelachse der Antriebswelle der Zylindereinheiten in einem Winkelabstand angeordnet ist, so dass dadurch beispielsweise die Zylindereinheiten der beiden Verdichterstufen V-förmig oder gegenläufig angeordnet werden können, um insbesondere eine vorteilhafte Momentenverteilung zu erreichen.

Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass alle Zylindereinheiten der Verdichterstufen in einer Reihe angeordnet sind.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Gehäuse des Kältemittel- verdichters und insbesondere das Gesamtgehäuse der Kältemittel- verdichtereinheit aus Aluminium ausgebildet ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Gesamtgehäuse der Kältemittelverdichtereinheit eine Gehäusehülse und beiderseits der Gehäuse- hülse angeordnete Lagerdeckel aufweist, die alle aus Aluminium ausgebildet sind.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Gehäuse Zylinderköpfe aufweist, die aus Aluminium ausgebildet sind.

Hinsichtlich der Anordnung der verschiedenen Anschlüsse an der Kältemittel- verdichtereinheit wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.

So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass ein Hochdruckanschluss der

Kältemittelverdichtereinheit an einem Zylinderkopf der zweiten Verdichterstufe angeordnet ist. Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass ein Niederdruckanschluss der Kältemittelverdichtereinheit an einem Zylinderkopf der ersten Verdichterstufe angeordnet ist.

Darüber hinaus ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass ein Mitteldruckauslass der Kältemittelverdichtereinheit an einem Zylinderkopf der ersten Verdichter- stufe angeordnet ist.

Ferner ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass ein Mitteldruckeinlass der Kältemittelverdichtereinheit im Bereich eines Motorgehäuses angeordnet ist.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Kältemittelverdichtereinheit, insbesondere zum Verdichten von CO2 als Kältemittel, umfassend einen Kältemittelverdichter und einen elektrischen Antriebsmotor, wobei der

Kältemittelverdichter eine erste Verdichterstufe zur Verdichtung von bei Niederdruck zugeführtem Kältemittel, insbesondere CO2, auf Mitteldruck und eine zweite Verdichterstufe zur Verdichtung des auf Mitteldruck verdichteten Kältemittels, insbesondere CO2, auf Hochdruck aufweist und wobei

insbesondere die Kältemittelverdichtereinheit einen mit der ersten Verdichter- stufe verbundenen Mitteldruckauslass und einen mit der zweiten Verdichter- stufe in Verbindung stehenden Mitteldruckeinlass aufweist.

Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass dadurch das auf Mitteldruck verdichtete Kältemittel durch den Mitteldruckauslass aus dem Kältemittel- verdichter herausgeführt werden kann und beispielsweise gekühlt werden kann und dann wiederum über den Mitteldruckeinlass der Kältemittel- verdichtereinheit zugeführt werden kann.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, den Mitteldruckeinlass nicht nur mit dem Mitteldruckauslass zu verbinden, sondern über den Mitteldruckeinlass in einem Kältemittelkreislauf anfallendes Kältemittel, das beispielsweise eben- falls auf Mitteldruck vorliegt, der zweiten Verdichterstufe zuzuleiten und in dieser auf Hochdruck zu verdichten. Der erfindungsgemäße Kältemittelverdichter lässt sich somit vorteilhaft insbesondere in einem Kältemittelkreislauf mit Expansion des Kältemittels auf einen Zwischendruck einsetzen, um nicht nur das in der ersten Verdichterstufe auf Mitteldruck verdichtete Kältemittel, sondern auch das auf einen Zwischen- druck expandierte Kältemittel wiederum auf Hochdruck zu verdichten.

Als besonders günstig hat sich ferner eine Lösung erwiesen, bei welcher der Mitteldruckeinlass in einen Motorraum des elektrischen Antriebsmotors zur Kühlung desselben einmündet und das Kältemittel nach Durchströmen des Motorraums in die zweite Verdichterstufe eintritt.

Das heißt, dass bei einer derartigen Kältemittelverdichtereinheit die

Möglichkeit besteht, das diesem über den Mitteldruckeinlass zugeführte Kältemittel vor dem Verdichten in der zweiten Verdichterstufe noch zur Kühlung des Antriebsmotors einzusetzen.

Darüber hinaus ist vorteilhafterweise bei einer erfindungsgemäßen Kälte- mittelverdichtereinheit vorgesehen, dass ein Antriebsraum des Kältemittel- verdichters, von welchem ausgehend ein Antrieb der Verdichterstufen erfolgt, auf Mitteldruck gehalten wird.

Eine derartige Lösung hat den großen Vorteil, dass durch das Vorliegen von Mitteldruck in dem Antriebsraum die mechanische Belastung der Komponenten der Verdichterstufen reduziert wird, da lediglich eine Druckdifferenz zwischen Mitteldruck und Hochdruck oder Niederdruck und Mitteldruck vorliegt.

Um dies zu erreichen ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Antriebsraum über einen Verbindungskanal mit dem Motorraum in Verbindung steht. Der Verbindungskanal kann dabei so ausgestaltet sein, dass er lediglich zu einem Druckausgleich zwischen dem Antriebsraum und dem Motorraum führt, der Verbindungskanal kann aber auch so ausgestaltet sein, dass durch diesen das den Motorraum durchströmende Kältemittel der zweiten Verdichterstufe zugeführt wird.

Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Kältemittel- verdichtereinheit als halbhermetischer Verdichter ausgebildet ist, wobei in einem Gesamtgehäuse desselben sowohl der elektrische Antriebsmotor als auch der Kältemittelverdichter angeordnet sind.

Diese Lösung hat einerseits den Vorteil, dass sie sehr kompakt ist und andererseits den Vorteil, dass sich dadurch in einfacher Weise das Kältemittel vor dem Zuführen zur zweiten Verdichterstufe zum Kühlen des elektrischen Antriebsmotors einsetzen lässt.

Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass der Kältemittelverdichter als Kolbenverdichter ausgebildet ist, da sich mit einem Kolbenverdichter mit sinn- vollem mechanischem Aufwand die Druckdifferenzen erreichen lassen, die insbesondere für das Verdichten von CO2 als Kältemittel erforderlich sind.

Vorzugsweise ist der Kolbenverdichter so ausgebildet, dass der Kolben- verdichter mehrere Zylindereinheiten aufweist, von denen mindestens eine die erste Verdichterstufe und mindestens eine die zweite Verdichterstufe bildet.

Prinzipiell wäre jeweils eine Zylindereinheit für jede Verdichterstufe

ausreichend. Um jedoch eine günstige Verteilung der zu verdichtenden

Volumina auf die Zylindereinheiten zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens zwei Zylindereinheiten die erste Verdichterstufe bilden. Ferner hat es sich aus konstruktiven Gründen als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine Zylindereinheit der zweiten Verdichterstufe relativ zu der mindestens einen Zylindereinheit der ersten Verdichterstufe bezogen auf eine Mittelachse der Antriebswelle der Zylindereinheiten in einem Winkelabstand angeordnet ist, um entweder die jeweiligen Zylindereinheiten V-förmig oder gegenläufig zu einander anzuordnen.

Eine andere zweckmäßige Lösung sieht vor, dass die Zylindereinheiten der Verdichterstufen in einer Reihe angeordnet sind, woraus eine sehr kompakte Bauweise resultiert.

Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung des Aufbaus der

erfindungsgemäßen Kältemittelverdichtereinheit wurden keine näheren

Angaben zur Ausbildung des Gehäuses gemacht.

So ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Gehäuse des Kältemittelverdichters, insbesondere das Gehäuse der Kältemittelverdichtereinheit aus Aluminium ausgebildet ist.

Ein derartiges Gehäuse der Kältemittelverdichtereinheit ist einerseits in der Lage, den hohen Drucken standzuhalten und weist somit eine ausreichende Stabilität auf und weist andererseits, insbesondere beim Einsatz in einer transportablen Kühleinheit, eine möglichst geringe Masse auf.

Insbesondere im Fall eines Gesamtgehäuses hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn das Gesamtgehäuse der Kältemittelverdichtereinheit eine Gehäusehülse und beiderseits der Gehäusehülse angeordnete Lagerdeckel aufweist, die alle aus Aluminium ausgebildet sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Gehäuse

Zylinderköpfe aufweist, die aus Aluminium ausgebildet sind. Hinsichtlich der verschiedenen Anschlüsse für Hochdruck und Niederdruck wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.

So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass ein Hochdruckanschluss der Kältemittelverdichtereinheit an einem Zylinderkopf der zweiten Verdichterstufe angeordnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass ein Niederdruckanschluss der Kältemittelverdichtereinheit an einem Zylinderkopf der ersten Verdichterstufe angeordnet ist.

Eine weitere zweckmäßige Lösung sieht vor, dass ein Mitteldruckauslass der Kältemittelverdichtereinheit an einem Zylinderkopf der ersten Verdichterstufe angeordnet ist.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein Mitteldruckeinlass der Kälte- mittelverdichtereinheit im Bereich eines Motorgehäuses angeordnet ist.

Darüber hinaus ist insbesondere vorgesehen, dass bei CO2 als Kältemittel der Niederdruck bei Werten im Bereich von 1 bar bis 60 bar liegt.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn bei CO2 als Kältemittel der Mitteldruck im Bereich von 20 bar bis 120 bar liegt.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn bei CO2 als Kältemittel der Hochdruck bei Werten im Bereich von 50 bar bis 160 bar liegt.

Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine derartige Kältemittel- verdichtereinheit in einer Kälteanlage gemäß den voranstehend beschriebenen Merkmalen angeordnet ist. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nach- folgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger

Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kühleinheit, insbesondere ausgebildet als Transportkühleinheit, mit einer erfindungsgemäßen Kälteanlage;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kälteanlage;

Fig. 3 eine schematische vergrößerte Darstellung einer Kältemittel- verdichtereinheit für das erste Ausführungsbeispiel der erfindungs- gemäßen Kälteanlage;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kälteanlage;

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung der Kältemittelverdichtereinheit des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kälteanlage und

Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kälte- anlage.

Eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Kühleinheit umfasst ein thermisch isoliertes Gehäuse 12, welches einen Innenraum 14 umschließt, in welchem temperaturempfindliche Güter 16 oder temperaturempfindliche Fracht 16 aufbewahrt werden kann, wobei die temperaturempfindlichen Güter 16 oder die temperaturempfindliche Fracht 16 von einem gasförmigen Medium 18, insbesondere Luft, umgeben ist, welches auf einem definierten Temperatur- niveau gehalten ist, um die temperaturempfindliche Fracht 16 oder die temperaturempfindlichen Güter 16 innerhalb eines bestimmten Temperatur- bereichs zu halten.

Die Kühleinheit 10 ist vorzugsweise als transportable Kühleinheit ausgebildet, beispielsweise als Aufbau für einen Lkw oder einen Güterwagen oder als konventioneller Transportcontainer zum Transport von temperatur- empfindlicher Fracht 16 entweder durch einen Lkw oder die Bahn oder ein Schiff.

Um einen definierten oder vorgegebenen Temperaturbereich für die Fracht 16 einhalten zu können, verläuft ein Zirkulationsstrom 22 des gasförmigen Mediums 18 in dem Innenraum 14, wobei ausgehend von einer Temperier- einheit 24 ein Eintrittsstrom 26 in den Innenraum 14 eintritt, diesen durch- strömt und als Austrittsstrom 28 wiederum in der Temperiereinheit 24 eintritt.

Der Zirkulationsstrom 22 wird dabei durch eine Gebläseeinheit 32 erzeugt, welche in der Temperiereinheit 24 angeordnet ist und durch einen internen Wärmeübertrager 34, der in der Temperiereinheit 24 angeordnet ist, auf der gewünschten Temperatur gehalten ist.

Vorzugsweise tritt dabei der Eintrittsstrom 26 aus der Temperiereinheit 24 in einem Bereich nahe einer Deckenwand 36 des isolierten Gehäuses 12 aus und vorzugsweise wird der Zirkulationsstrom 22 zur Temperiereinheit 24 nahe einer Bodenwand 38 des isolierten Gehäuses 12 zurückgeführt und bildet dabei den zur Temperiereinheit 24 zurückströmenden Austrittsstrom 28. Insbesondere ist die Temperiereinheit 24 nahe der Deckenwand 36 des isolierten Gehäuses 12 und beispielsweise nahe einer Frontwand 48 oder nahe einer Rückwand 48 derselben angeordnet.

Eine Aggregateeinheit 52 umfassend eine Kältemittelverdichtereinheit 54 mit einem Kältemittelverdichter 56 und einem elektrischen Antriebsmotor 58 ist vorzugsweise nahe der Temperiereinheit 24 an dem thermisch isolierten Gehäuse 12 angeordnet, wobei die Aggregateeinheit 52 vorzugsweise noch zusätzlich einen ersten externen Wärmeübertrager 62 sowie eine externe Gebläseeinheit 64 umfasst, welche beispielsweise einen Luftstrom 66 aus Umgebungsluft erzeugt, der den ersten externen Wärmeübertrager 62 durch- setzt.

Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Kältemittelverdichtereinheit 54, der innere Wärmeübertrager 34 und der erste externe Wärmeübertrager 62 in einem als Ganzes mit 70 bezeichneten Kältemittelkreislauf einer in die Kühleinheit integrierten Kälteanlage 60 angeordnet.

Der Kältemittelkreislauf 70 ist mit einem Hochdruckanschluss 72 der Kälte- mittelverdichtereinheit 54 verbunden ist, von welchem ausgehend eine

Zuleitung 74 zu dem ersten externen Wärmeübertrager 62 führt, welcher einen Gesamtmassenstrom G von vom Kältemittelverdichter 54 auf Hochdruck PH verdichteten Kältemittel, im vorliegenden Fall insbesondere CO2, abkühlt, wobei das Kältemittel im Fall von CO2 in einen transkritischen Zustand vorliegt.

Dabei kann das Abkühlen des Kältemittels in der ersten externen hochdruck- seitigen Wärmeübertragereinheit 62 entweder durch Umgebungsluft oder aber auch durch Kontakt mit einem wärmeaufnehmenden Medium jeder Art, beispielsweise auch Kühlwasser, erfolgen. Der am Hochdruckanschluss 72 der Kältemittelverdichtereinheit 54 in dem Kältemittelkreislauf 70 zugeführte Gesamtmassenstrom G durchströmt nach dem externen Wärmeübertrager 62, im Fall von CCh in einem transkritischen Zustand, ein im Kältemittelkreislauf 70 angeordnetes Expansionsorgan 76 wird von diesen auf einen Zwischendruck PZ expandiert und tritt dann in einen Zwischendrucksammler 82 ein, in welchem sich der durch Expansion gekühlte Gesamtmassenstrom G aufteilt in einen Hauptmassenstrom H aus flüssigem Kältemittel, welches sich als flüssiges Kältemittelbad 84 in dem Zwischen- drucksammler 82 absetzt, und einen Zusatzmassenstrom Z, welcher eine Gas- blase 86 über dem Flüssigkeitsbad 84 bildet.

Der Hauptmassenstrom H aus flüssigem Kältemittel wird ausgehend von dem Zwischendrucksammler 82 einer Kühlstufe 92 zugeführt, welche ein Kühl- expansionsorgan 94 aufweist, das den Hauptmassenstrom H durch Expansion auf Niederdruck PN kühlt und ausgehend von welchem der Hauptmassenstrom H in den internen niederdruckseitigen Wärmeübertrager 34 eintritt, in welchem er in der Lage ist, durch das Zurverfügungstellen von Kälteleistung dem Zirkulationsstrom 22 im Innenraum 18 der Kühleinheit 10 Wärme zu entziehen.

Der in dem Wärmeübertrager 34 aufgewärmte Hauptmassenstrom H tritt dann bei Niederdruck PN über einen Niederdruckanschluss 102 in die Kältemittel- verdichtereinheit 54 ein.

Der Kältemittelverdichter 56 der Kältemittelverdichtereinheit 54 ist, wie in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt, als Hubkolbenverdichter ausgebildet und umfasst vorzugsweise eine erste Verdichterstufe 112, gebildet durch zwei jeweils von einem Zylinderantrieb 115a, 115b, insbesondere einem Exzenterantrieb, angetriebene Zylindereinheiten 114a und 114b von denen jede das Kältemittel des Hauptmassenstroms H aus einer Einlasskammer 116a, 116b ansaugt und beispielsweise in eine gemeinsame Auslasskammer 118 abgibt. Dabei verdichtet die erste Verdichterstufe 112 das dieser bei Niederdruck, beispiels- weise bei Werten von 1 bar bis 60 bar, zugeführte Kältemittel aus dem

Hauptmassenstrom H auf einen Mitteldruck PM, der beispielsweise bei Werten im Bereich von 20 bar bis 120 bar liegt.

Von einem Mitteldruckauslass 122 der gemeinsamen Auslasskammer 118 wird dann der auf Mitteldruck PM verdichtete Hauptmassenstrom H einem zweiten externen mitteldruckseitigen Wärmeübertrager 124 zugeführt, welcher beispielsweise ebenfalls in der Aggregateeinheit 52 angeordnet und beispiels- weise ebenfalls von dem externen Luftstrom 66 durchströmt ist.

Durch den zweiten externen mitteldruckseitigen Wärmeübertrager 124 besteht die Möglichkeit, das auf Mitteldruck PM verdichtete Kältemittel des Haupt- massenstroms H wiederum auf eine Temperatur nahe der Umgebungs- temperatur abzukühlen und diesem einen wesentlichen Teil der beim

Verdichten zugeführte Wärme wieder zu entziehen.

Von dem zweiten externen mitteldruckseitigen Wärmeübertrager 124 wird das abgekühlte und auf Mitteldruck PM verdichtete Kältemittel des Hauptmassen- stroms H über eine Mitteldruckzuleitung 126 einem Mitteldruckeinlass 128 der Kältemittelverdichtereinheit 54 zugeführt, wobei der Mitteldruckeinlass 128 an einem Motorgehäuse 132 der Kältemittelverdichtereinheit 54 angeordnet ist.

Darüber hinaus ist die Mitteldruckzuleitung 126 auch mit der Gasblase 86 des Zwischendrucksammlers 82 verbunden, so dass der Zusatzmassenstrom Z aus dem Zwischendrucksammler 82 über die Mitteldruckzuleitung 126 ebenfalls dem Mitteldruckanschluss 128 der Kältemittelverdichtereinheit 54 zugeführt wird und sich der Mitteldruck PM so einstellt, dass er dem Zwischendruck PZ entspricht. Der Mitteldruckeinlass 128 ist vorzugsweise so an dem Motorgehäuse 132 angeordnet, dass das eintretende Kältemittel in einen Motorraum 134 eintritt, den Motorraum 134 unter Kühlung des elektrischen Antriebsmotors 58, insbesondere unter Kühlung eines Rotors 136 und eines Stators 138 desselben durchsetzt und dann in eine zweite Verdichterstufe 142 der Kältemittel- verdichtereinheit 54 eintritt.

Die zweite Verdichterstufe 142 umfasst ebenfalls zwei jeweils von einem Zylinderantrieb 145a, 145b, insbesondere einem Exzenterantrieb,

angetriebene Zylindereinheiten 144a und 144b, wobei das auf Mitteldruck PM verdichtete und der zweiten Verdichterstufe 142 zugeführte Kältemittel über Einlasskammern 146a und 146b in die Zylindereinheiten 144a und 144b eintritt, in diesen verdichtet wird und dann in eine Auslasskammer 148 austritt, die mit dem Hochdruckanschluss 72 verbunden ist.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubkolben- verdichters 54 werden die Zylindereinheiten 114a und 114b der ersten

Verdichterstufe 112 sowie die Zylindereinheiten 144a und 144b der zweiten Verdichterstufe 142 über eine auf die jeweiligen Zylinderantriebe 115a, 115b beziehungsweise 145a, 145b wirkende gemeinsame Antriebswelle 152, insbesondere eine Exzenterwelle, angetrieben, die vorzugsweise koaxial und insbesondere einstückig mit einer Rotorwelle 154 des Rotors 136 verbunden ist und mit dieser eine Gesamtantriebswelle 188 bildet.

Ferner ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Kältemittelverdichtereinheit 54 der die Antriebswelle 152 und die Zylinderantriebe 115a, 115b, 145a, 145b aufnehmende und jeweils an die Zylindereinheiten 114a und 114b

beziehungsweise 144a und 144b angrenzende Zylinderantriebsraum 156 mit dem Motorraum 134 verbunden oder geht in diesen über, so dass der

Zylinderantriebsraum 156 auf Mitteldruck liegt. Dies hat den Vorteil, dass dadurch insbesondere bei der zweiten Verdichter- stufe 142, in den Zylindereinheiten 144a und 144b lediglich Druckdifferenzen zwischen Mitteldruck und Hochdruck auftreten und dadurch die Belastung von Zylinderantriebe 145a und 145b für die Zylindereinheiten 144a, 144b geringer ist als im Fall von Niederdruck im Zylinderantriebsraum 156.

Desgleichen ist auch die Belastung der Zylindereinheiten 144a und 144b selbst, insbesondere der Kolben derselben, geringer als im Fall von Nieder- druck im Zylinderantriebsraum 156.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel der

erfindungsgemäßen Kältemittelverdichtereinheit 54 diese als halbhermetischer Verdichter ausgebildet, bei welchem der Kältemittelverdichter 56 und der elektrische Antriebsmotor 58 in einem Gesamtgehäuse 130 angeordnet sind, das eine Gehäusehülse 162, beiderseits der Gehäusehülse 162 angeordnete Lagerdeckel 164 und 166 sowie an die Lagerdeckel 164 und 166 angeformte Lageraufnahmen 174 und 176 umfasst, die ausgebildet aus Aluminium sind, wobei in den Lageraufnahmen 174 und 176 Wälzlager 184 und 186

angeordnet sind, welche in diesem Fall eine Gesamtantriebswelle 188, umfassend die Antriebswelle 152 und die Rotorwelle 154, lagern.

Ferner sind auf der Gehäusehülse 162 jeweils Zylinderköpfe 192 und 194 angeordnet, die ebenfalls aus Aluminium ausgebildet sind, wobei der Zylinder- kopf 192 den Zylindereinheiten 114a und 114b zugeordnet ist und den Nieder- druckanschluss 102 aufweist, der mit den Einlasskammern 116a und 116b verbunden ist, sowie die Auslasskammer 118 aufweist, die mit dem Mittel- druckauslass 122 verbunden ist.

Der Zylinderkopf 194 ist dabei mit den Zylindereinheiten 144a und 144b zugeordnet, wobei die Einlasskammern 146a und 146b mit dem Motorraum 134 und/oder dem Zylinderantriebsraum 156 verbunden sind und die Auslass- kammer 148 mit dem Hochdruckanschluss 72 verbunden ist. Vorzugsweise ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kältemittelverdichtereinheit 54 diese als stehender Verdichter angeordnet, das heißt, dass eine Mittelachse 202 der Gesamtantriebswelle 188 im Wesentlichen vertikal verläuft, das heißt von einer Vertikalen maximal um ± 30° abweicht.

Zur Förderung von Schmiermittel in den Zylinderantriebsraum 156,

insbesondere zu den Zylinderantrieben 115a, 115b, 145a, 145b, ist beispiels- weise in der Gesamtantriebswelle 188 ein schräg zu deren Mittelachse 202 verlaufender Förderkanal 204 vorgesehen, der aus einem sich über dem in Schwerkraftrichtung tiefstliegenden Deckel 166 bildenden Schmiermittelsumpf 206 Schmiermittel aufgrund der im Förderkanal wirkenden Zentrifugalkraft in den Zylinderantriebsraum 156 fördert.

Alternativ dazu ist eine durch den elektrischen Antriebsmotor 58 angetriebene Schmiermittelpumpeinheit zur Förderung des Schmiermittels in der Zylinder- antriebsraum 156 vorgesehen.

Zur Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors 58 ist ferner ein Umrichter 212 vorgesehen, welcher vorzugsweise ebenfalls in der Aggregateeinheit 52 angeordnet ist.

Mit diesem Umrichter ist der elektrische Antriebsmotor 58 drehzahlgeregelt steuerbar und somit auch die Kälteleistung der Kältemittelverdichtereinheit 54 innerhalb eines vorgesehenen Leistungsbereichs stufenlos steuerbar.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kälteanlage 60', dargestellt in Fig. 4 und Fig. 5 sind diejenigen Elemente, die mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Kältemittelverdichter- einheit 54' mit einem Kältemittelverdichter 56' versehen, welcher zur

Ausbildung der ersten Verdichterstufe 112 zwei Zylindereinheiten 114a und 114b umfasst, jedoch zur Ausbildung der zweiten Verdichterstufe 142 lediglich eine Zylindereinheit 144 wobei alle Zylindereinheiten 114a, 114b sowie 144 durch die gemeinsame Antriebswelle 152 angetrieben sind.

Das Verhältnis des Hubvolumens der ersten Verdichterstufe 112 zum Hub- volumen der zweiten Verdichterstufe 142 liegt ungefähr im Bereich von 1,5/1 bis 2/1.

Prinzipiell würde die Möglichkeit bestehen, die Zylindereinheiten 114a, 114b sowie 144 bezogen auf die Mittelachse 202 der Antriebswelle 152 im Winkel- abstand anzuordnen.

Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht jedoch vor, dass die Zylinder- einheiten 114a, 114b und 144 in einer Reihe angeordnet sind.

Ferner sind vorzugsweise somit auch der der ersten Verdichterstufe 112 zugeordnete Zylinderkopf 192 und der der zweiten Verdichterstufe 142 zugeordnete Zylinderkopf 194 zu einem Gesamtzylinderkopf 222 zusammen gefasst, in welchem sowohl der Niederdruckanschluss 102, der Mitteldruck- auslass 122 und der Hochdruckanschluss 72 vorgesehen sind während der Mitteldruckeinlass 128 am Motorgehäuse 132 vorgesehen ist, beispielsweise auf einer dem Zylinderantriebsraum 156 gegenüberliegenden Seite des elektrischen Antriebsmotors 58. Vorzugsweise ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Kältemittel- verdichtereinheit 54' die Gesamtantriebswelle 188 so angeordnet, dass deren Mittelachse 202 im Wesentlichen horizontal verläuft, das heißt beispielsweise von einer exakt horizontalen Ausrichtung um maximal ± 30° abweicht, wobei sich insbesondere im in Schwerkraftrichtung tiefstliegenden Bereich des Zylinderantriebsraums 156 ein Schmiermittelsumpf 206' ausgebildet, von welchem ausgehend eine Schmierung der Zylinderantriebe 115a, 115b, 145 erfolgt.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kälteanlage, dargestellt in Fig. 6, welche auf dem zweiten Ausführungsbeispiel basiert, ist in der vom Zwischendrucksammler wegführenden und zum Mitteldruckeinlass 128 führenden Mitteldruckzuleitung 126 noch ein Ventil 232 vorgesehen, welches insbesondere zwischen dem Zwischendrucksammler 82 und einer Einmündung einer vom zweiten externen Wärmeübertrager 124 zur Mittel- druckzuleitung 126 führenden Mitteldruckleitung 125 angeordnet und ermöglicht somit eine Einstellung eines Zwischendrucks PZ im Zwischendruck- sammler 82 dergestalt, dass dieser Zwischendruck nicht zwingend mit dem Mitteldruck PM identisch sein muss, sondern die Möglichkeit besteht, den Zwischendruck PZ höher zu halten als den Mitteldruck PM.

Ist das Ventil 232 dabei als Expansionsventil ausgebildet, so besteht die Möglichkeit, bei der Expansion des Zusatzmassenstroms durch das

Expansionsventil 232 den Zusatzmassenstrom noch zusätzlich abzukühlen, so dass dieser eine verbesserte Kühlwirkung bei der Kühlung des elektrischen Antriebsmotors 58 zur Folge hat.

Im Übrigen sind auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel diejenigen

Elemente, die mit denen der voranstehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen Bezug genommen wird.