CS213528B1

CS213528B1 - Cooling circuit connection

Info

Publication number: CS213528B1
Application number: CS5481A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Dvorak; Ludek Klazar
Original assignee: Zdenek Dvorak; Ludek Klazar
Priority date: 1981-01-04
Filing date: 1981-01-04
Publication date: 1982-04-09

Abstract

Očolon vynálezu je zajištění stability teplotní úrovně a množství tepla , využlvatelnáho při vyšší teplotní úrovni a dosažení nezávislostí těohto paranetrů na vnějělch podadLmkáoh· Podle vynálezu je vysokotlaká kapalinová potrubí nebo eaoi potrubí rozděleno do dvou paralelních větví, z nichž jedna větev prochází výměníkem tepla a druhá větev jej obchází. V obou větvích je vestavěn společný regulační orgán, vytvořený jako trojcestný regulační ventil. Alternativně mohou 'obě větve vycházet z Vysokotlakého sběrače při vřazení čerpadla kapalného chladivá.The aim of the invention is to ensure the stability of the temperature level and the amount of heat usable at a higher temperature level and to achieve the independence of these parameters from external conditions. According to the invention, the high-pressure liquid pipeline or the eaoi pipeline is divided into two parallel branches, one branch of which passes through the heat exchanger and the other branch bypasses it. A common control element, designed as a three-way control valve, is built into both branches. Alternatively, both branches can originate from the high-pressure header when the liquid coolant pump is switched on.

Description

Vynález se týká zapojení chladicího okruhu pro stabilizaci teplotní úrovně a využívaného množství odpadního tepla, tvořeného výparnikem, kompresorem, kondenzátorem a škrticím ventilem a dále propojovacím sacím potrubím, výtlačným potrubím, vysokotlakým kapa línovým potrubím, ve kterém je do výtlačného potrubí vřazen výměník tepla obsaženého v přehřátých parách chladivá a ve kterém déle vysokotlaké kapalinové potrubí a sací potrubí prochází výměníkem tepla, zajišťujícím vnitřní výměnu tepla v chladicím okruhu.The invention relates to a cooling circuit for stabilizing the temperature level and the amount of waste heat utilized by the evaporator, the compressor, the condenser and the throttle valve, as well as the interconnecting suction line, discharge line, high pressure liquid line in which the heat exchanger contained in the superheated vapor coolant and in which the high pressure liquid line and the suction line pass through the heat exchanger for internal heat exchange in the refrigerant circuit for a longer period of time.

Vynález řeší energeticky výhodně stabilizaci teplotní úrovně a využívaného množství tepla při změně vnějších podmínek.The invention solves energetically advantageous stabilization of temperature level and utilized amount of heat when changing external conditions.

Chladiči zařízení s parním oběhem pracuje tak, že odvádí teplo při určité nízké teplotní úrovni a převádí je na vyšší teplotní úroveň. Na převod tepla je třeba vynaložit určité množství hnací energie, to je práce, o kterou se zvětšuje převáděné teplo. Chladicí zařízeni má tedy dvě nezdilne funkce - chlazeni, je vždy spojeno s druhotnou funkoí - výrobou tepla. Energetickou náročnost chladicího zařízeni je možno vyjádřit měrným příkonem, to je poměrem potřebného příkonu a chladicího výkonu. ?Steam circulating chillers operate by removing heat at a certain low temperature level and converting it to a higher temperature level. A certain amount of driving energy is needed to transfer heat, which is the work by which the heat transferred is increased. The cooling device thus has two inefficient functions - cooling, it is always associated with secondary function - heat production. The energy demand of a cooling device can be expressed in terms of the specific power input, that is to say the ratio of the required power input to the cooling capacity. ?

Vzhledem k trvalému nárůstu spotřeby energie ve věech oblastech lidské činnosti a s tím souvisejícímu celosvětovému růstu spotřeby primární energie, je žádoucí využívat všechny energetické zdroje s nejvyšší možnou účinnosti, přitom je třeba využívat i tak zvané netradiční zdroje energie. Mezi netradiční zdroje energie patři i odpadni teplo, tedy 1 teplo produkované chladicím zařízením, které se v současné době ve většině případů za odpadni teplo pokládá.Given the steady increase in energy consumption in all areas of human activity and the related worldwide increase in primary energy consumption, it is desirable to use all energy sources with the highest possible efficiency, while also using the so-called non-traditional energy sources. Unconventional energy sources include waste heat, ie 1 heat produced by a cooling device, which is currently considered to be waste heat in most cases.

Výtlačná teplota za kompresorem a tlm teplotní úroveň i množství tepla obsaženého v přehřátých parách chladivá a podlí tepla odváděného při vyěšl teplotní úrovni z oelkově produkovaného tepla, závisí na vnitřních podmínkách chladicího okruhu, které jsou určeny nebo ovlivněny vnějšími podmínkami a na druhu chladivá. Vnější podmínky a v závislosti na nich i vnitřní podmínky chladicího okruhu se zpravidla mění v průběhu roku a to tak, že při změně, která je provázena energeticky příznivým snížením měrného příkonu, klesá množství tepla využitelného při vyšší teplotní úrovni i jeho teplotní úroveň.The discharge temperature downstream of the compressor and the temperature level as well as the amount of heat contained in the superheated refrigerant vapors and the heat dissipated at the temperature level from the heat produced by the heat produced depend on the internal cooling circuit conditions determined or influenced by the external conditions and the type of refrigerant. The external conditions and, depending on them, the internal conditions of the cooling circuit usually change during the year, so that the change, which is accompanied by an energy-efficient reduction of the specific power input, decreases the amount of heat usable at higher temperature level and its temperature level.

Známá jsou řešeni, která zabraňuji nebo omezuji snižováni využitelného množství tepla i jeho teplotní úrovně při změně vnějších podmínek.Solutions are known which prevent or limit the reduction of the usable amount of heat and its temperature level when the external conditions change.

Nejjednodušším řešením je regulace kondenzačního tlaku a teploty, která zajišťuje stálou kondenzační a výtlačnou teplotu i v době, kdy vlivem vnějších podmínek by došlo k jejich poklesu. Toto řešeni má však tu nevýhodu, že měrný příkon chladicího zařízeni se udržuje na určité stálé hodnotě i tehdy , kdy by mohlo dojit k jeho energeticky příznivému sníženi.The simplest solution is to control the condensation pressure and temperature, which ensures a constant condensation and discharge temperature even at a time when they would drop due to external conditions. However, this solution has the disadvantage that the specific power input of the cooling device is maintained at a certain constant value, even if it could be reduced in energy efficiency.

Dalším řešením je vřazeni výměníku tepla do sacího potrubí mezi výparnlk a kompresor, ve kterém je možno regulovaným přívodem tepla z vnějšku při teplotní úrovni- vyšší než ve výpamiku dosáhnout zvýšeni přehřátí par v sáni kompresoru a tlm i potřebnou výtlačnou teplotu. Nevýhodou tohoto řešeni je , že není vždy k dispozici potřebný vnější zdroj tepla na potřebné teplotní úrovni, kterým by mohlo být přehřátí par zajištěno.Another solution is to include a heat exchanger in the suction line between the evaporator and the compressor, in which a controlled heat supply from the outside at a temperature level higher than in the outlet can increase the superheat of the compressor inlet and the damping temperature as well as the necessary discharge temperature. The disadvantage of this solution is that the required external heat source is not always available at the required temperature level, which could ensure overheating of the vapors.

Třetím řeěenim je regulace přehřát! par na výstupu z výpamiku. Tato možnost věak ve většině případů- u okruhů se zaplavenými výpamiky - nepřichází v úvahu. Upotřebitelná je pouze u okruhů s polozaplavenými nebo suchými výpemiky. I zde je však teplota přehřátí par na výstupu z výpamiku omezena teplotní úrovni tepla odváděného ve výpamiku. Tím je omezena i dosažitelná výtlačná teplota. Navíc při zvyšováni přehřátí par ve výparníku se snižuje výkon a účinost výpamiku.The third solution is to overheat the control! vapor at the outlet of the trickle. However, this option is not an option in most cases - for circuits with flooded outlets. Applicable only to circuits with semi-flooded or dry booms. Here again, however, the temperature of the steam overheating at the outlet of the effluent is limited to the temperature level of the heat dissipated in the effluent. This also limits the available discharge temperature. In addition, as the vapor superheat in the evaporator increases, the performance and efficiency of the evaporator is reduced.

Nevýhody známých řešeni odstraňuje a stabilitu teplotní úrovně i množství tepla využitelného při vyšší .teplotní úrovni a nezávislost těchto parametrů na vnějších podmínkách zajišťuje podle vynálezu zapojení chladicího okruhu pro stabilizaci teplotní úrovně a využívaného množství odpadního tepla , tvořeného výpamikem, kompresorem, kondenzátorem a škrticím ventilem a dále propojovacím sacím potrubím, výtlačným potrubím, vysokotlakým kapalinovým potrubím, ve kterém je do výtlačného potrubí vřazen výměník tepla, zajišťující účelné využívání odpadního tepla, obsaženého v přehřátých parách chladivá a ve kterém dále vysokotlaké kapalinové potrubí a saoi potrubí prochází výměníkem tepla zajišťujícímThe disadvantages of the known solutions eliminate the stability of the temperature level and the amount of heat usable at a higher temperature level and the independence of these parameters from external conditions is ensured according to the invention by a cooling circuit for stabilizing the temperature level and the amount of waste heat utilized by the lining, compressor, condenser the interconnecting suction line, discharge line, high-pressure liquid line, in which a heat exchanger is provided in the discharge line, ensuring efficient use of waste heat contained in superheated refrigerant vapors, and in which the high-pressure liquid line and saoi line passes through a heat exchanger

213 S2S vnitřní výměnu tepla v chladicím okruhu.Jeho podstata spočívá v tom, že vysokotlaké kapalinové potrubí nebo sací potrubí jsou rozděleny do dvou paralelních větvi, z nichž jednn větev prochází výměníkem tepla a druhá větev výměník tepla obchází, přičemž v obou paralelních větvích je vestavěn společný regulační orgán, vytvořený jako trojcestný regulační ventil.213 S2S internal heat exchange in the cooling circuit. Its essence is that the high-pressure liquid line or suction line is divided into two parallel branches, one branch passing through the heat exchanger and the other branch bypassing the heat exchanger, with both parallel branches being built-in a common regulator formed as a three-way control valve.

Podle dalělho provedení vynálezu , kde chladicí okruh je osazen vysokotlakým sběračem kapalného paliva, vycházejí dvě paralelní větve vysokotlakého kapalinového potrubí a vysokotlakého svěrače a ve větvi, procházející výměníkem tepla je vřazeno čerpadlo kapalného paliva a regulační orgán je vestavěn dO větve, procházející výměníkem tepla.According to another embodiment of the invention, where the refrigerant circuit is provided with a high pressure liquid fuel collector, two parallel branches of the high pressure fluid line and the high pressure sphincer are provided, and a liquid fuel pump is connected in the branch passing through the heat exchanger.

Základní účinek zapojeni podle vynálezu spočivá v udržováni stálé teploty ve výtlaku kompresoru nezávisle na vnějších podmínkách regulaci teploty, tj. regulací přehřátí v sání kompresoru, řízenou vnitřní výměnou tepla v chladicím okruhu, tj., řízenou výměnu tepla vThe basic effect of the circuit according to the invention is to maintain a constant compressor discharge temperature independently of external conditions by controlling the temperature, i.e. by controlling the superheat in the compressor suction, by controlling the internal heat exchange in the refrigeration circuit, ie,

mezi nasávacimi nízkotlakými parami chladivá a zkondenzovaným vysokotlakým kapalným chladivém. \between suction low pressure refrigerant vapors and condensed high pressure liquid refrigerant. \

Neřízená vnitřní výměna tepla v chladicím okruhu se používá u některých chladiv. Její použiti vede ke snížení měrného příkonu chladicího zařízení. Naproti tomu u jiných chladiv by vedlo její použiti ke zvětšeni měrného příkonu. Zvýhodnění u chladiv první skupiny a znevýhodněni u chladiv druhé skupiny je úměrné velikostí^dosahovaného přehřátí par na jedné straně, respektive dosahovaného podchlazení na straně druhé.Uncontrolled internal heat exchange in the refrigeration circuit is used for some refrigerants. Its use leads to a reduction of the specific power input of the cooling device. On the other hand, the use of other coolants would increase the specific power input. The advantage of the refrigerants of the first group and the disadvantages of the refrigerants of the second group is proportional to the magnitude of the achieved superheat of the vapors on the one hand and the undercooling on the other hand, respectively.

Posukuje- li se celkový měrný příkon chladicího okruhu, v němž se využívá produkovaného tepla, jako poměr potřebného příkonu a součtu chladícího výkonu a využívaného tepelného, výkonu, potom vnitřní výměna tepla u chladiv první skupiny zvýhodňuje ještě výrazněji celkový měrný příkon, zatímco u chladiv druhé skupiny celkový měrný příkon nepříznivě ovlivňuje bud vůbec, nebo jen v zanedbatelné míře.If the total specific wattage of the refrigerant circuit using the produced heat is considered as the ratio of the required wattage to the sum of the cooling power and the utilized heat power, then the internal heat exchange for refrigerants of the first group even more The overall specific power consumption adversely affects either at all or only to a negligible extent.

Další zvýhodněni, nebo zanedbatelný vliv vnitřní výměny teplena celkový měrný příkon umožňuje využiti řízení vnitřní výměny tepla v chladicím okruhu pro stabilizaci výtlačné teploty a využívaného množství tepla.Another advantage, or negligible effect of internal heat exchange, of the total specific power input allows the use of internal heat exchange control in the refrigeration circuit to stabilize the discharge temperature and the amount of heat utilized.

Prísluší-li vnějším extrémním podmínkám chladicího okruhu, Který pracuje bez vnitřní výměny tepla, určitá extrémní kondenzační a výtlačná teplota, pak při změně vnějších podmínek, při které dochází k energeticky výhodnému poklesu kondenzační teploty, je možno zachovat výtlačnou teplotu, -použitím vnitřní výměny tepla v chladicím okruhu regulací výkonu výměníku pro vnitřní výměnu tepla, lze udržovat výtlačnou teplotu na požadované výši bez ohledu na kondenzační teplotu a vnější podmínky chladicího okruhu. To je hlavni výhodou navrženého zapojení. íIf the external extreme conditions of the refrigerant circuit, which operates without internal heat exchange, are subject to certain extreme condensation and discharge temperatures, the discharge temperature can be maintained by changing the internal conditions at which the condensation temperature is energy-efficient. In the cooling circuit by controlling the capacity of the internal heat exchanger, the discharge temperature can be maintained at the desired level regardless of the condensation temperature and the external conditions of the cooling circuit. This is a major advantage of the proposed wiring. and

Vynález je blíže vysvětlen na příkladech zapojeni podle připojených výkresů, na nichž obr. 1, 2, 3, 4 značí schematická zapojeni podle vynálezu ve čtyřech alternativách, které se liší způsobem regulace výměníku, zajištujícího vnitřní výměnu tepla v chladicím okruhu.The invention is explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings, in which Figs. 1, 2, 3, 4 show schematic connections according to the invention in four alternatives which differ in the way of control of the heat exchanger providing internal heat exchange in the refrigerant circuit.

V chladicím okruhu, který je tvořen výpamikem 1, kompresorem 2, kondenzátorem 2 a škrtícím ventilem 4 a dále propojovacím sacím potrubím 2· výtlačným potrubím 6, vysokotlakým kapalinovým potrubím 2 a nízkotlakým kapalinovým potrubím 8 , je do výtlačného „po'trubí 6 vřazen výměník tepla 2» ^Ζθ kterého se účelně odvédi teplo přehřátých par chladivá.In a refrigeration circuit consisting of an outlet 1, a compressor 2, a condenser 2 and a throttle valve 4, as well as a connecting suction line 2, a discharge line 6, a high pressure liquid line 2 and a low pressure liquid line 8, an exchanger is inserted into the discharge line 6. of heat 2 » ^Ζθ, which is advantageously dissipated by the heat of superheated steam.

213 521213 521

Vysokotlakové kapalinové potrubí 2 a sací potrubí £ prochází výměníkem tepla 10, zajištujícím vnitřní výměnu tepla v chladicím okruhu.The high pressure liquid line 2 and the suction line 6 pass through a heat exchanger 10 providing internal heat exchange in the cooling circuit.

V zapojení podle obr. 1 se vasokotlaké kapalinové potrubí děli do dvou větví, přičemž prvni Větev 2* prochází výměníkem tepla 10 a druhá větev 7b výměník tepla obchází.In the circuit of FIG. 1, the high pressure fluid line is divided into two branches, the first branch 2 'passing through the heat exchanger 10 and the second branch 7b bypassing the heat exchanger.

Vzájemně závislý průtok oběma větvemi 7a. 7b. je řízen v závislosti na výtlačné teplotě regulačním orgánem 11. vestavěným do vysokotlakého kapalinového potrubí 2 místě jeho větvení.Interdependent flow through both branches 7a. 7b. it is controlled as a function of the discharge temperature by a regulating body 11 built into the high-pressure liquid line 2 instead of its branching.

V zapojeni podle obr. 2 se děli do dvou větvi sací potrubí přičemž prvni větev 5a prochází výměníkem tepla 10 a drzhá větev £b, výměník tepla 10 obchází. Vzájemně závislý průtok oběma větvemi 5a. 5b je řízen v závislosti na výtlačné teplotě regulačním orgánem 11. vestavěným do sacího potrubí 2 ^v místě jeho větveni.In the circuit according to FIG. 2, the suction lines are split into two branches, the first branch 5a passing through the heat exchanger 10 and the holding branch 8b, bypassing the heat exchanger 10. Interdependent flow through both branches 5a. 5b is controlled as a function of the discharge temperature by a regulating member 11 built into the suction line 2 ^{at the} point of its branching.

V zapojeni podle obr. 3 ss děli vysokotlaké kapalinové potrubí do dvou větví ve vysokotlakém sběrači kapalného chladivé 12, zařazené za kondenzátor 2· První větev 7a. procházejí výměníkem tepla 10, je osazena čerpadlem chladivé lj5, které zajištuje průtok kapalného ohladiva výměníkem tepla 10 nezávisle na funkci škrtioiho ventilu 4. Druhá větev 7b výměník tepla 7b výměník tepla 10 obchází, přičemž tato větev slouží zároveň jako vratná větev, kterou se vraci kapalně chladivo prošlé výměníkem tepla 10 zpět do vysokotlakého sběrače 12. Průtok kapalného chladivé výměníkem tepla 10 je řízen regulačním ventilem 14 v závislosti na výtlačné teplotě.In the circuit of FIG. 3, the high-pressure liquid line divides into two branches in the high-pressure liquid coolant header 12 downstream of the condenser 2. First branch 7a. The second branch 7b of the heat exchanger 7b bypasses the heat exchanger 10, while this branch also serves as a return branch, which returns liquid back to the heat exchanger 10. the refrigerant passed by the heat exchanger 10 back to the high pressure collector 12. The flow of the liquid refrigerant through the heat exchanger 10 is controlled by a control valve 14 as a function of the discharge temperature.

Zapojené podle obr.4 vychází ze zapojeni na obr. 3 s tím, že výkon výměníku tepla 10 osní regulován změnou průtoku nasávaných par, stejným způsobem jak v zapojeni na obr. 2The wiring shown in FIG. 4 is based on the wiring shown in FIG. 3, with the power of the heat exchanger 10 being regulated by varying the flow of intake vapors in the same manner as in the wiring in FIG.

Kromě již uvedené možnosti použití, lze zapojeni ppdle.vynálezu s výhodou použit i tam kde se požadované parametry a jim odpovídající vnitřní podmínky chladicího okruhu jsou takové, že i při extrémních vnějších podmínkách pracuje chladicí okruh s nízkou výtlačnou teplotou. Tak tomu je například u chladicích okruhů pracujících s vysokou vypařovaci teplotou, nebo u okruhů předurčených pro sezónní provoz při vnějších podmínkách, kterým odpovídá nízká kondenzační teplota.In addition to the aforesaid application, the invention can be advantageously used where the required parameters and the corresponding internal conditions of the cooling circuit are such that, even under extreme external conditions, the cooling circuit operates at a low discharge temperature. This is the case, for example, with refrigeration circuits operating at a high evaporation temperature, or in circuits designed for seasonal operation under external conditions corresponding to a low condensing temperature.

Claims

1. Connection of a cooling circuit to stabilize the temperature level and the utilized amount of waste heat, consisting of an evaporator, compressor, condenser and throttle valve, as well as connecting suction line, discharge line, high pressure liquid line and low pressure liquid line, in which the exchanger is inserted A heat exchanger for efficient utilization of the waste heat contained in superheated refrigerant vapors and wherein the longer high pressure liquid line passes through a heat exchanger providing internal heat exchange in the cooling circuit, characterized in that the high pressure liquid line (7) or suction line (5) are divided into two parallel branches (7a, 7b, 5a, 5b), of which one branch (7a, 5a) passes through the heat exchanger (10) and the other branch (7b, 5b) bypasses the heat exchanger (10), while in both parallel branches a common regulatory authority is built (11 ) designed as a three-way control valve.

2. Wiring according to item 1, wherein the cooling circuit is fitted with a high-pressure liquid collector

213 S28 refrigerant, in the sense that both parallel branches of the high-pressure liquid line (7a, 7b) are coming out! a liquid coolant pump (13) is inserted from the high-pressure header (12) and in the branch (7a) passing through the heat exchanger (10) and a regulating element (14) is built into the branch (7a) passing through the heat exchanger (10)