CS218528B1

CS218528B1 - Connection of aftercooler in cooling circuit

Info

Publication number: CS218528B1
Application number: CS704881A
Authority: CS
Inventors: Ludek Klazar; Jiri Petrak; Zdenek Dvorak
Original assignee: Ludek Klazar; Jiri Petrak; Zdenek Dvorak
Priority date: 1981-09-24
Filing date: 1981-09-24
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Použití klasických dochlazovačů, podchlazujících kapalné chladivo pod teplotu varu při kondenzačním tlaku, je známo; ve spojení s výskytem a možností využití studené vody, např. studniční. S ohledem na nedostatek této vody se v poslední době upouští od použití tohoto aparátu v chladicím okruhu. Nový význam má jeho zařazení do okruhů s řízenou kondenzační teplotou u zařízení užitečně využívajících části nebo celého kondenzačního tepla. Vynález se týká zapojení dochlazovače do okruhu za účelem zvýšení hospodárnosti celého zařízení, přičemž dochlázování kapalného chladivá je nepřímo úměrné teplotě atmosférického vzduchu a jeho provoz je bez nároku na studenou vodu. Novým prvkem je též zařazení čerpadla pro dopravu kapalného chladivá dochlazovačem a uspořádání sběrače chladivá.The use of classic aftercoolers, which subcool the liquid refrigerant below the boiling point at the condensation pressure, is known; in connection with the occurrence and possibility of using cold water, e.g. well water. In view of the shortage of this water, the use of this apparatus in the cooling circuit has recently been abandoned. Its inclusion in circuits with controlled condensation temperature in devices that usefully use part or all of the condensation heat has a new meaning. The invention relates to the connection of an aftercooler to the circuit in order to increase the efficiency of the entire device, while the aftercooling of the liquid refrigerant is inversely proportional to the temperature of the atmospheric air and its operation is without the need for cold water. The inclusion of a pump for transporting the liquid refrigerant through the aftercooler and the arrangement of the refrigerant collector are also new elements.

Description

Použití klasických dochlazovačů, podchlazujících kapalné chladivo pod teplotu varu při kondenzačním tlaku, je známo; ve spojení s výskytem a možností využití studené vody, např. studniční. S ohledem na nedostatek této vody se v poslední době upouští od použití tohoto aparátu v chladicím okruhu. Nový význam má jeho zařazení do okruhů s řízenou kondenzační teplotou u zařízení užitečně využívajících části nebo celého kondenzačního tepla. Vynález se týká zapojení dochlazovače do okruhu za účelem zvýšení hospodárnosti celého zařízení, přičemž dochlázování kapalného chladivá je nepřímo úměrné teplotě atmosférického vzduchu a jeho provoz je bez nároku na studenou vodu. Novým prvkem je též zařazení čerpadla pro dopravu kapalného chladivá dochlazovačem a uspořádání sběrače chladivá.The use of conventional aftercoolers, which subcools a liquid refrigerant below the boiling point at condensation pressure, is known; in connection with the occurrence and possibility of using cold water, eg wells. Due to the lack of this water, the use of this apparatus in the refrigeration circuit has recently been abandoned. It is of new importance to include it in controlled condensing temperature circuits for equipment utilizing some or all of the condensation heat. The invention relates to the connection of an aftercooler to the circuit in order to increase the economy of the whole apparatus, the aftercooling of the liquid coolant being inversely proportional to the temperature of the atmospheric air and its operation being free of cold water. A new element is also the inclusion of a pump for the transport of liquid coolant through the aftercooler and the arrangement of the coolant collector.

Vynález se týká zapojení dochlazovače v chladicím okruhu, pracujícím s parním oíběhem pro zvýšení využitelnosti odpadního tepla podchlazováním zkondenzovaného chladivá nepřímo· úměrným vnější teplotě atmosférického vzduchu při řízené kondenzační teplotě, ve kterém jsou oběhovým potrubím'chladívá postupně za sebou propojeny výparník, kompresor, kondenzátor s řízenou kondenzační teplotou, vysokotlaký sběrač kapalného chladivá a škrticí ventil.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aftercooler in a cooling circuit operating with a steam circuit to increase the utilization of waste heat by subcooling condensed refrigerant inversely proportional to ambient air temperature at controlled condensation temperature. controlled condensation temperature, high-pressure liquid refrigerant collector and throttle valve.

Vynálezem se řeší 'snížení energetické náročnosti komplexně posuzovaného provozu chladicího zařízení. Je známý způsob stabilizace využitelnosti odpadního tepla chladicího okruhu řízenou kondenzační teplotou, při kterém se udržují vnitřní pracovní podmínky chladicího okruhu, především teplota kondenzační a tím i teplotní úroveň produkovaného tepla na stálé hodnotě, nezávislé na vnějších podmínkách. Taková stabilizace využitelnosti produkovaného tepla je však spojena i se stabilizací dalších parametrů chladicího okruhu, především se stabilizací měrného příkonu.The invention solves the reduction of energy consumption of a complexly assessed operation of a cooling device. It is known to stabilize the utilization of the waste heat of the cooling circuit by controlled condensing temperature, in which the internal working conditions of the cooling circuit are maintained, in particular the condensing temperature and hence the temperature level of the produced heat at a constant value independent of external conditions. However, such stabilization of the utilization of the produced heat is also associated with stabilization of other parameters of the cooling circuit, in particular stabilization of specific power input.

Nevýhodou provozního režimu při takové stabilizaci využitelnosti produkovaného tepla tedy je, že se zvyšuje měrný příkon a spotřeba hnací energie oproti provoznímu režimu, při kterém se veškeré produkované teplo odvádí jako teplo odpadní přímo, nebo nepřímo vnějším vzduchem. Z energetického hlediska je možno pokládat provozní režim s odvodem odpadního tepla vnějším vzduchem za porovnávací, to je standardní, provozní režim s nejmenší spotřebou hnací energie.The disadvantage of the operating mode in such a stabilization of the utilization of the produced heat is, therefore, that the specific power input and the consumption of driving energy are increased compared to the operating mode in which all the heat produced is removed as waste heat directly or indirectly by external air. From an energy point of view, the operating mode with the waste heat removal from the outside air can be considered as a comparative operating mode, i.e. the standard operating mode with the least power consumption.

Zvýšení spotřeby hnací energie při stabilizaci řízenou kondenzační teplotou však nemusí za všech okolností představovat nevýhodu faktickou, to je nemusí vést ke zvýšení energetické náročnosti komplexně posuzovaného provozu chladicího- zařízení s účelným využíváním produkovaného tepla. Ke zvýšení energetické náročnosti nedojde, jestliže poměr nárůstu využitelného tepla a nárůstu spotřeby hnací energie vztaženému k porovnávacímu, standardnímu, provoznímu režimu, bude větší, než poměr využití primární energie, měrného paliva, při výrobě tepla a výrobě hnací (zpravidla elektrické) energie.However, an increase in propulsion energy consumption by stabilization by a controlled condensing temperature may not, in all circumstances, constitute a real disadvantage, which may not lead to an increase in the energy consumption of a complexly assessed operation of a refrigeration plant with efficient use of the produced heat. There will be no increase in energy intensity if the ratio of the increase in usable heat and the increase in propulsion energy consumption relative to the comparative, standard, operating mode is greater than the use of primary energy, specific fuel, heat and propulsion (usually electrical).

Stabilizaci využitelnosti odpadního tepla, při které nedojde ke zvýšení energetické náročnosti komplexně posuzovaného provožu, je možno označit za ekonomickou stabilizaci. Jen taková stabilizace je z energetického hlediska přínosem.The stabilization of the utilization of waste heat, which does not increase the energy intensity of the complexly assessed operation, can be described as an economic stabilization. Only such stabilization is beneficial in energy terms.

Protože produkovaný tepelný výkon je určen primární funkcí chladicího zařízení, která nemá většinou přímou vazbu na odebíraný tepelný výkon, který je dán požadavky zvoleného odběru tepla a je zpravidla určen faktory s primární funkcí nesouvisejícími, ale i s ohledem na teplotní úroveň produkovaného tepla, není většinou možné zajistit plné využití veškerého produkovaného tepla. V tom případě se teplo, které není možno účelně využít, odvádí opět jako teplo odpadní.Since the heat output produced is determined by the primary function of the cooling device, which is mostly not directly related to the heat output taken, which is determined by the requirements of the selected heat demand and is usually determined by factors not related to the primary function, ensure the full use of all the heat produced. In this case, the heat that cannot be used efficiently is removed again as waste heat.

S ohledem na zvýšení spotřeby hnací energie při stabilizaci využitelnosti produkovaného tepla řízenou kondenzační teplotou, se při jen částečném využívání produkovaného tepla zvyšuje energetická náročnost provozu zařízení, protož teplo odváděné jako odpadní se v porovnání se standardním provozním režimem produkuje s větší energetickou náročností. Při částečném využívání produkovaného tepla proto stabilizace řízenou kondenzační teplotou nemusí vycházet jako ekonomická.With a view to increasing propulsion energy consumption while stabilizing the utilization of the produced heat by controlled condensing temperature, the energy consumption of the plant increases only with a partial utilization of the produced heat, since the heat dissipated as waste is produced with higher energy intensity compared to the standard operating mode. Therefore, with partial use of the produced heat, stabilization by controlled condensing temperature may not be economical.

Ekonomickou stabilizaci využitelnosti odpadního tepla při částečném využívání odpadního tepla lze dosáhnout známým dělením kondenzačního systému do dvou částí. V děleném kondenzačním systému pak jedna část, ze které se odebírá využívané teplo, pracuje s řízenou kondenzační teplotou a druhá část, ze které se odvádí teplo odpadní, pracuje s neřízenou kondenzační teplotou, závislou na vnějších podmínkách stejně jako při porovnávacím (standardním) provozním režimu.The economic stabilization of the utilization of waste heat in the partial utilization of waste heat can be achieved by the known separation of the condensing system into two parts. In a split condensing system, one heat recovery part operates at a controlled condensation temperature, and the other waste heat removal part operates at an uncontrolled condensation temperature dependent on external conditions as in the comparative (standard) operating mode .

Má-li dělený kondenzační systém zajistit ekonomickou stabilizaci využitelnosti pro-dukovaného tepla, je žádoucí, aby při změnách odebíraného tepelného výkonu se měnily v odpovídajícím smyslu i výkony obou částí kondenzačního systému. K tomu potřebná regulace výkonu obou částí kondenzačního systému je technicky náročná a představuje nevýhodu děleného kondenzačního systému.If the split condensing system is to ensure an economical stabilization of the usefulness of the produced heat, it is desirable that the performance of both parts of the condensing system change accordingly when the heat output is varied. The power control required for both parts of the condensing system is technically demanding and constitutes a disadvantage of a split condensing system.

Další velkou nevýhodou děleného kondenzačního systému je, že snižuje množství a především teplotní úroveň tepla, kterě je možno odebírat z přehřátých par chladivá před vlastním kondenzačním systémem. Přesto, že poměrné množství tepla přehřátých par je pouze asi 10 až 20 % z celkově produkovaného tepla, vyšší teplotní úroveň tohoto tepla umožňuje jeho plné účelné využití i snadné nalezení vhodného odběru tohoto tepla.Another major disadvantage of the split condensing system is that it reduces the amount and above all the temperature level of heat that can be removed from the superheated vapor before the condensation system itself. Although the relative amount of heat of the superheated vapor is only about 10 to 20% of the total heat produced, the higher temperature level of this heat allows its full useful utilization and easy finding of a suitable heat sink.

Uvedené nedostatky odstraňuje podle vynálezu zapojení dochlazovače v chladicím okruhu, pracujícím s parním oběhem pro zvýšení využitelnosti odpadního tepla podchlazováním zkondenzovaného chladivá nepřímo úměrným vnější teplotě atmosférického vzduchu při řízené kondenzační teplotě, ve kterém jsou oběhovým potrubím postupně za sebou propojeny výparník, kompresor, kondenzátor s řízenou kondenzační teplotou, vysokotlaký sběrač kapalného chladivá a škrticí ventil. Jeho podstata spočívá -v tom, že z oběhového potrubí chladivá mezi kondenzátorem a vysokotlakým sběračem odbočuje propojovací potrubí chladivá, do kterého je zařazeno čerpadlo chladivá a dochlazovač zkondenzovaného chladivá a které je zavedeno do vysokotlakého sběrače, přičemž oběhové potrubí chladivá z kon218528 denzátoru je zavedeno do vysokotlakého sběrače zdola v jedné části sběrače a oběhové potrubí chladivá ke škrticímu ventilu je vyvedeno z vysokotlakého sběrače rovněž zdola v druhé části sběrače.According to the invention, the above-mentioned drawbacks are eliminated by the connection of an after-cooler in a cooling circuit working with a steam circulation to increase the utilization of waste heat by subcooling the condensed refrigerant inversely proportional to the outside temperature of atmospheric air at controlled condensation temperature. condensation temperature, high-pressure liquid refrigerant collector and choke. It is based on the fact that from the coolant circulation line between the condenser and the high-pressure collector, the coolant connection line, which includes the coolant pump and the condensed coolant after-conduit, is fed to the high-pressure collector. the high pressure header from below in one part of the header, and the refrigerant circulation pipe to the throttle valve is discharged from the high pressure header also from the bottom in the other part of the header.

Konečně může být dochlazovač tvořen rekuperačním výměníkem tepla chlazeným buď přímo, nebo nepřímo atmosférickým vzduchem.Finally, the after-cooler may consist of a recuperative heat exchanger cooled either directly or indirectly by atmospheric air.

Základní účinek zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že je zcela odstraněn vliv diskontinuálního škrcení, to je přepouštění kapalného chladivá z vysokotlaké části do nízkotlaké části chladicího okruhu na velikost podchlazení a termickou účinnost dochlazovače.The basic effect of the circuitry according to the invention is that the effect of discontinuous throttling, i.e. the transfer of liquid refrigerant from the high-pressure part to the low-pressure part of the cooling circuit, on the subcooling size and the thermal efficiency of the aftercooler is completely eliminated.

Výhodou zapojení podle vynálezu je, že ekonomická stabilizace využitelnosti odpadního tepla řízenou kondenzační teplotou je dosažena i při jen částečném využívání produkovaného tepla bez dělení kondenzačního systému a tedy s plným využitím množství a teplotní úrovně tepla přehřátých par chladivá. Přitom i při plném využívání produkovaného tepla, nebo při využívání tak velké části produkovaného tepla, při kterém je stabilizace využitelnosti řízenou kondenzační teplotou ekonomická, přináší zapojení podle vynálezu další energetické zvýhodnění, to je snížení energetické náročnosti komplexně posuzovaného provozu chladicího zařízení.The advantage of the circuit according to the invention is that the economic stabilization of the utilization of waste heat by controlled condensation temperature is achieved even with only partial utilization of the produced heat without separating the condensation system and thus fully utilizing the amount and temperature level of heat of superheated refrigerant vapors. Even with the full utilization of the produced heat, or with the use of such a large part of the heat produced, in which stabilization of the utilization by controlled condensing temperature is economical, the connection according to the invention brings another energy advantage.

Vynález je dále blíže výsvětlen podle připojeného obr., kde je popsán příklad provedení.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which an exemplary embodiment is described.

Chladicí okruh pracující s parním oběhem chladivá je tvořen výparníkem 1, kompresorem 2, kondenzátorem 3, ze kterého se odvádí produkované teplo buď jako teplo využívané, nebo jako teplo odpadní, vysokotlakým sběračem 4 kapalného chladivá a škrticím ventilem 5. Všechny části chladicího okruhu jsou navzájem propojeny oběhovým potrubím 6 chladivá. Z oběhového potrubí 6 chladivá mezi kondenzátorem 3 a vysokotlakým sběračem 4 kapalného chladivá odbočuje propojovací potrubí 7 chladivá, do kterého je zařazen dochlazovač 8 a čerpadlo 9 chladivá a které je zavedeno do vysokotlakého sběrače 4 kapalného chladivá. Oběhové potrubí 6 chladivá z kondenzátoru 3 je zavedeno do vysokotlakého sběrače 4 kapalného chladivo zdola na jedné straně vysokotlakého sběrače 4, na opačné straně vysokotlakého sběrače 4 vychází rovněž zdola oběhové potrubí 6 chladivá ke škrticímu ventilu 5. Propojovací potrubí 7 chladivá je zavedeno do vysokotlakého sběrače 4 kapalného^ chladivá shora. Regulační systém, zajišťující diskontinuální přepouštění kapalného chladivá z vysokotlaké části chladicího okruhu, to je z vysokotlakého sběrače 4 kapalného chladivá do nízkotlaké části chladicího okruhu, to je výparníku 1, není zakreslen. Rovněž není zakreslen regulační systém, který zajišťuje řízení kondenzační teploty p,ro stabilizaci využitelnosti produkovaného odpadního tepla.The refrigerant circuit operating with the refrigerant vapor circuit consists of an evaporator 1, a compressor 2, a condenser 3 from which the produced heat is removed either as recovered heat or as waste heat, a high-pressure liquid refrigerant collector 4 and a throttle valve 5. interconnected by the refrigerant circulation pipe 6. From the coolant circulation line 6 between the condenser 3 and the high-pressure liquid-receiver 4, the coolant connection line 7, in which the after-cooler 8 and the coolant pump 9 are connected, is branched into the high-pressure liquid-receiver 4. The refrigerant circulation line 6 from the condenser 3 is fed to the high-pressure liquid collector 4 from below on one side of the high-pressure collector 4, on the opposite side of the high-pressure collector 4 the refrigerant circulation line 6 also flows from below to the throttle valve. 4 of liquid refrigerant from above. A control system ensuring the intermittent transfer of liquid refrigerant from the high-pressure part of the refrigerant circuit, i.e. from the high-pressure liquid collector 4 to the low-pressure part of the refrigerant circuit, i.e. the evaporator 1, is not shown. Also, a control system that provides condensation temperature control p, for stabilizing the utilization of waste heat produced is not shown.

Podchlazování zkondenzovaného chladivá se zajišťuje přímo vnějším atmosférickým vzduchem. Dochlazovač 8 je řešen jako rekuperační výměník tepla, zajišťující převod tepla z protékajícího kapalného chladivá do vnějšího atmosférického vzduchu.Subcooling of the condensed refrigerant is ensured directly by the outside atmospheric air. The after-cooler 8 is designed as a recuperative heat exchanger providing heat transfer from the flowing liquid refrigerant to the outside atmospheric air.

Stálé podchlazování kapalného chladivá a stálá termická účinnost dochlazovač© 8 je zabezpečena trvalým a nuceným průtokem kapalného chladivá dochlazovačem 8, zajišfovaným čerpadlem 9 chladivá. Popsaným zapojením propojovacího potrubí 7 a připojením tohoto potrubí a oběhového potrubí 6 k vysokotlakému sběrači 4 kapalného chladivá je dosažena nezávislost průtoku kapalného chladivá propojovacím potrubím 7 a dochlazovačem 8 na průtoku kapalného chladivá v oběhovém potrubí 6 chladivá mezi kondenzátorem 3 a škrticím ventilem 5. Eventuální disproporce v obou průtocích se vyrovnávají změnou průtoku kapalného! chladivá v části oběhového potrubí 6 mezi místem připojení propojovacího potrubí 7 a vysokotlakým sběračem 4.The continuous supercooling of the liquid refrigerant and the constant thermal efficiency of the aftercooler 8 are ensured by the continuous and forced flow of the liquid coolant through the aftercooler 8 provided by the coolant pump 9. By the described connection of the interconnecting line 7 and the connection of this line and the circulation line 6 to the high-pressure liquid refrigerant collector 4, the flow of liquid refrigerant through the interconnecting tube 7 and aftercooler 8 is independent of the liquid refrigerant flow in the refrigerant circulation line 6 between the condenser 3 and the throttle valve. in both flow rates they are equalized by changing the liquid flow rate! refrigerant in the part of the circulation pipe 6 between the connection point of the connecting pipe 7 and the high-pressure header 4.

Při odlišnosti průtoku kapalného chladivá v propojovacím potrubí 7 a přítoku kapalného chladivá oběhovým potrubím 6 z kondenzátoru 3 do vysokotlakého sběrače 4 dochází ke směšování podchlazeného a nepodchlazeného kapalného chladivá. Při větším přítoku se směšuje část nepodchlazeného kapalného -chladivá ve vysokotlakém sběrači 4 s podchlazeným kapalným chladivém, ke škrticímu ventilu 5 proto odtéká kapalné chladivo^ se zmenšeným podchlázením, což je nežádoucí. Při větším přítoku se směšuje část již podchlazeného kapalného chladivá s nepodchlaženým kapalným chladivém v místě připojení propojovacího potrubí 7 na oběhové potrubí 6, do vysokotlakého sběrače 4 se nepodchlazené kapalné chladivo nedostává, takže ke škrticímu ventilu 5 odtéká jen zcela podchlazené kapalné chladivo. Průtok propojovacím potrubím 7 a dochlazovačem 8 proto musí být navržen tak, aby byl za všech okolností větší než přítok kapalného chladivá oběhovým potrubím 6 z kondenzátoru 3.When the liquid coolant flow in the connecting line 7 and the liquid coolant flow through the circulation line 6 from the condenser 3 to the high-pressure header 4 differ, the supercooled and non-supercooled liquid coolant is mixed. At a larger inflow, a portion of the uncooled liquid-coolant in the high-pressure collector 4 is mixed with the supercooled liquid coolant, and therefore a liquid coolant 4 with reduced subcooling flows to the choke 5, which is undesirable. At a higher inflow, a portion of the already supercooled liquid refrigerant is mixed with the non-refrigerated liquid refrigerant at the connection point of the interconnecting line 7 to the circulation line 6, the non-refrigerated liquid refrigerant does not enter the high-pressure header 4 so that only the supercooled liquid refrigerant flows to the choke. The flow through the connecting line 7 and the after-cooler 8 must therefore be designed so that it is at all times greater than the flow of liquid coolant through the circulating line 6 from the condenser 3.

V popsaném zapojení se může použít i dochlazovač s nepřímým podchlazováním vnějším atmosférickým vzduchem, to je například obvyklý dochlazovač s podchlažováním zajišťovaným oběhovou vodou zpětně chlazenou na chladicí věži. Přitom však při přímém podchlazování vnějším atmosférickým vzduchem je možno dosáhnout většího podchlazení.In the described circuit, an aftercooler with indirect subcooling by external atmospheric air may also be used, for example a conventional aftercooler with subcooling provided by recirculating water cooled back on the cooling tower. However, in the case of direct subcooling by external atmospheric air, it is possible to achieve greater subcooling.

Popsané zapojení se může použít u všech okruhů pracujících s parním oběhem, a to jednostupňových i vícestupňových i v kaskádním zapojení.The described circuit can be used for all circuits operating with steam circulation, both single-stage and multi-stage and in cascade connection.

Claims

SUBJECT i; Connection of the aftercooler in the cooling circuit, working with the steam circuit to increase the utilization of waste heat by subcooling the condensed refrigerant inversely proportional to the outside temperature of the atmospheric air at controlled condensing temperature in which the evaporator, compressor, condenser with condensed temperature condenser, high pressure a refrigerant collector and a throttle valve, characterized in that the refrigerant connecting line (7) branches from the refrigerant circulation line (6) between the condenser (3) and the high-pressure header (4), which includes a refrigerant pump (9) and an aftercooler ( 8) condensed coolant and which is present in the high pressure header (4), wherein the refrigerant circulation line (6) from the condenser (3) is introduced into the high pressure header (4) from below in one part of the header (4) and the circulation line (6) Throttle refrigerants The valve (5) extends from the high-pressure header (4) also from below in the second part of the header (4).

Connection according to claim 1, characterized in that the after-cooler (4) is formed by a recuperative heat exchanger directly cooled by external atmospheric air.

Connection according to claim 1, characterized in that the after-cooler (4) is formed by a recuperative heat exchanger indirectly cooled by external atmospheric air.