DE102007013485A1 - Dual-stage carbon-dioxide cooling device regulating method, involves increasing preset valve for increasing cooling performance, and providing control algorithm for optimal pressure based on part loading control - Google Patents
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Abstract
Description
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer zweistufigen
CO2 Kälteanlage mit direkt in Strömungsrichtung
hintereinander angeordneten ölüberfluteten Schraubenverdichtern
für die zweistufige Verdichtung. Die Schaubenverdichter
beider Druckstufen haben vorteilhaft je eine Zwischendrucköffnung,
den so genannten Economiseranschluss, der strömungsmäßig
an die Zahnlücken der Rotoren im Gehäuse derart
angrenzt, dass weder eine Strömungsverbindung zur Saugseite
noch zur Druckseite besteht, solange der Economiseranschluss mit
den Zahnlücken in Verbindung steht. Der Verdichter der oberen
Druckstufe ist vorteilhaft wie in der
Die
Anordnung eines Zwischendruckanschlusses in der Verbindungsleitung
zwischen den Verdichtern beider Druckstufen und die Existenz von Economiseranschlüssen
an den Verdichtern ermöglicht eine vierstufige Entspannung
des Kältemittels zwischen Gaskühler und Verdampfer,
so wie in der Patentanmeldung
Nach dem Stand der Technik sind zwecks Leistungsregelung beide Schraubenverdichter mit Mitteln zur Änderung des Fördervolumens, z. B. mit je einem Regelschieber, ausgestattet, die teilweise in dem die Rotoren umfassenden Gehäuse angeordnet sind und weitere Hydraulikkomponenten und Steuerelemente zur Aktivierung benötigen oder sie werden durch Änderung der Antriebsdrehzahl geregelt.To The prior art are both screw compressors for the purpose of power control with means for changing the delivery volume, z. B. equipped with a control slide, which is partially in the the rotors comprising housing are arranged and other hydraulic components and need activation controls or they will be changed the drive speed regulated.
Nachteilig ist der Kostenaufwand dieser Lösung. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu beseitigen und eine effiziente kostengünstige Regelung zu schaffen.adversely is the cost of this solution. The object of the invention is to eliminate these disadvantages and an efficient to create cost-effective regulation.
Der
Flashdampf der angezeigten Patentanmeldung mit
Von dort gelangt die Flüssigkeit über die „unterste" Drosselstelle in das Verdampfer-Flüssigkeitsabscheidersystem, aus dem der Flashdampf der Saugseite des Verdichters der unteren Druckstufe gemeinsam mit dem durch Wärmezufuhr in den Verdampfern entstehenden Kältemitteldampf zugeführt werden.From there the liquid reaches the "lowest" Throttle point in the evaporator-Flüssigkeitsabscheidersystem, from which the flash steam the suction side of the compressor of the lower Compression together with the heat in the evaporators be supplied resulting refrigerant vapor.
In
einer zweiten Lösung der angezeigten Patentanmeldung mit
Dieser Kältemitteldampf wird dem jeweiligen Ecoanschluss der Verdichter der oberen Stufe, dem Zwischendruckanschluss zwischen den Verdichtern der unteren und oberen Druckstufe und dem Economiseranschluss des Verdichters der unteren Druckstufe zugeführt.This Refrigerant vapor is the respective Eco port of the compressor the upper stage, the intermediate pressure connection between the compressors of lower and upper pressure stage and the economiser port of the compressor supplied to the lower pressure level.
Der Verdichter der unteren Druckstufe der zweistufigen Verdichteranlage besitzt zunächst bekannte Mittel, wie zum Beispiel einen Regelschieber, der je nach seiner relativen Lage zu den Rotoren den effektiven Förderhub verkürzt oder eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl, um einen Betriebsparameter auf der Verbraucherseite, z. B. den Druck am Verdampferaustritt oder auf der Saugseite der unteren Stufe in der Nähe eines vorgegeben Wertes zu halten, um z. B. die Verdampfungstemperatur konstant zu halten und damit die Temperatur auf der „Verbraucherseite" zu regeln. Das ist die Aufgabe einer Leistungsregelung der unteren Druckstufe.Of the Compressor of the lower pressure stage of the two-stage compressor unit initially has known means, such as a Control slide, depending on its relative position to the rotors shortened the effective delivery or a device for Control of the speed to an operating parameter on the consumer side, z. B. the pressure at the evaporator outlet or on the suction side of the lower level near a given value, to z. B. to keep the evaporation temperature constant and thus to regulate the temperature on the "consumer side" is the task of a power control of the lower pressure level.
Durch die Förderstromänderung der unteren Druckstufe ändert sich der Druck hinter der unteren Druckstufe.By the flow rate change of the lower pressure level changes the pressure behind the lower pressure level.
Deshalb wird die Kälteleistung der beiden Ausführungen gemäß der Erfindung durch die Kombination mehrerer Funktionen geregelt:
- a) durch das Maß der Unterkühlung des Hautstromes in den längs seines Strömungspfades nacheinander angeordneten Flüssigkeitsunterkühlern. Dazu werden Flüssigkeitsunterkühler nacheinander außer Betrieb genommen. Stoppventile in den Kältemittelzuführungen werden geschlossen um die Leistung zu reduzieren oder geöffnet, um die Leistung zu vergrößern.
- b) durch Änderung der Überhitzung an den Zwischenkühleraustritten Die Überhitzung wird an den Zwischenkühleraustritten in Abhängigkeit des zu regelnden Parameters vergrößert oder verkleinert Dazu werden Ventile an den Ausgängen der Zwischenkühler modulierend geöffnet oder geschlossen, um das Maß der Unterkühlung zu ändern.
- c) durch Veränderung des Zwischendruckes Vor den Economiseranschlüssen beider Druckstufen sind vorteilhaft Regelventile angeordnet, um den Volumenstrom zum Economiseranschluss – und damit die Kälteleistung der Kälteanlage – zu regeln. Bei dieser Regelungsart gemäß der Erfindung werden die Ventile, die zwischen Zwischenkühleraustritt und der jeweiligen Zwischendruckeinspeisung in die Economiseranschlüsse oder in den Zwischendruckanschluss angeordnet sind, modulierend geöffnet oder geschlossen.
- d) durch Änderung des Verdichtungsenddruckes der oberen Druckstufe Diese Anordnung zur Regelung der Kälteleistung nutzt den Umstand aus, dass sich die Kälteleistung der oberen Druckstufe bei Kühlung des Kältemitteldampfes in einem Gaskühler oberhalb des kritischen Punktes mit der CO2 Austrittstemperatur aus dem Gaskühler und mit dem Verdichtungsenddruck der oberen Stufe ändert.
- a) by the degree of supercooling of the skin stream in the longitudinally along its flow path successively arranged liquid subcoolers. For this purpose, liquid subcooler are successively taken out of service. Stop valves in the refrigerant supply lines are closed to reduce the power or opened to increase the power.
- b) by changing the superheat at the intercooler exits Overheating is increased or decreased at the intercooler exits depending on the parameter to be controlled For this purpose, valves at the intercooler outputs are modulatingly opened or closed to change the degree of supercooling.
- c) By changing the intermediate pressure Before the economizer connections of both pressure stages Advantageously control valves are arranged to regulate the volume flow to the economizer connection - and thus the cooling capacity of the refrigeration system. In this type of regulation according to the invention, the valves which are arranged between the intercooler outlet and the respective intermediate pressure feed into the economizer connections or into the intermediate pressure connection are modulatively opened or closed.
- d) by changing the compression pressure of the upper pressure stage This arrangement for controlling the cooling capacity takes advantage of the fact that the cooling capacity of the upper pressure stage when cooling the refrigerant vapor in a gas cooler above the critical point with the CO 2 outlet temperature from the gas cooler and with the compression end pressure the upper level changes.
Die Kälteleistung wird durch Änderung des Verdichtungsenddruckes der oberen Stufe an einem stromabwärts hinter dem Gaskühler angeordneten Drosselventil verändert.The Cooling capacity is achieved by changing the discharge pressure the upper stage at a downstream downstream of the gas cooler arranged throttle valve changed.
Zur Reduzierung der Kälteleistung wird dieser Druck durch Öffnen dieses Ventils abgesenkt und zur Erhöhung der Kälteleistung bis zum Optimum zwischen Kälteleistung und Antriebsleistung weiter geschlossen und damit der Verdichtungsenddruck angehoben.to Reduction of the cooling capacity, this pressure is by opening lowered this valve and to increase the cooling capacity to the optimum between cooling capacity and drive power closed further and thus increased the discharge pressure.
Das Optimum wird durch einen eigenen Regelalgorithmus unabhängig von der Teillastregelung ermittelt.The Optimum is independent by its own control algorithm determined by the partial load control.
Die Regelung der Kälteleistung der Kälteanlage ist in weiten Grenzen durch Kombination der dargestellten Regelmethoden a) bis d) oder jede einzeln für sich mit einem Verdichter in der oberen Druckstufe ohne eigene Bypass-Ventileinrichtungen oder Drehzahlregelung möglich.The Control of the cooling capacity of the refrigeration system is within wide limits by combining the illustrated control methods a) to d) or each individually with a compressor in the upper pressure stage without own bypass valve devices or Speed control possible.
Der Verdichter der unteren Druckstufe ist zwecks Änderung des Förderstromes zur Anpassung an den Dampfvolumenstrom aus dem Verdampfer mit bekannten Mitteln zur Leistungsregelung, z. B. mit einem Regelschieber oder einem Antrieb mit variabler Drehzahl ausgestattet, wobei der Regelschieber einen Umfangswandteil des die Rotoren umschließenden Gehäuses bildet und zwecks Änderung der Fördermenge des Verdichters eine Bypassöffnung im Gehäuse freigibt, durch die ein Teil der angesaugten Fördervolumens zurück zur Saugseite des Verdichters geführt wird.Of the Compressor of the lower pressure stage is for the purpose of changing the Flow to adapt to the steam flow from the evaporator with known means for power control, z. B. with equipped with a control slide or variable speed drive, wherein the control slide a peripheral wall portion of the rotors enclosing Housing forms and in order to change the flow rate the compressor has a bypass opening in the housing releases, through which a part of the sucked delivery volume is led back to the suction side of the compressor.
Dadurch ändert sich der durch den Verdichter geförderte Massenstrom, der mit der Enthalpiedifferenz multipliziert, die Kälteleistung ergibt.This changes the mass flow produced by the compressor, the multiplied by the enthalpy difference, the cooling capacity results.
Die einzelnen Regelmethoden der zweistufigen CO2 Kälteanlage mit einem zweistufigen Schraubenverdichteraggregat sind nachfolgend beschrieben. Die verwendeten Zahlen beziehen sich beispielhaft auf die Figur.The individual control methods of the two-stage CO 2 refrigeration system with a two-stage screw compressor unit are described below. The numbers used refer to the figure by way of example.
Der
Schaubenverdichter
Die vier beschriebenen Funktionen a) bis d) in ihrer Kombination oder jede einzeln werden nachfolgend erläutert.
- a) Das Maß der Unterkühlung des Hautstromes
in den Unterkühlern wird verändert, wozu der Kältemittelteilstrom
durch die Flüssigkeitsunterkühler
31 ,32 ,33 durch modulierendes öffnen oder schließen der Drosselventile34 ,35 ,36 vergrößert oder verkleinert wird. Dadurch ändert sich das Maß der Abkühlung des Fluids vor Eintritt in den Flüssigkeitsabscheider, und damit ändert sich die volumetrische Kälteleistung. - b) Die Drosselstellen
31 ,32 und33 sind beispielhaft als elektrisch betätigte Drosselventile, deren Oberhitzung am Kältemittelaustritt variabel ist. Das Maß der einzustellenden überhitzung an den Fühlern dieser Ventile an den Austritten der Wärmetauscher31 ,32 ,33 in Abhängigkeit des zu regelnden Parameters, z. B. des Druckes im Flüssigkeitsabscheider vergrößert oder verkleinert die Kälteleistung. - c) Zur Veränderung des Zwischendruckes an den Anschlusspunkten
25 ,26 ,40 sind Druckregelventile42 ,43 ,44 angeordnet, um den Volumenstrom zu den Economiseranschlüssen25 ,26 und zum Anschlusspunkt40 zwischen den beiden Verdichtern1 ,2 zu ändern und damit die Kälteleistung der Kälteanlage zu regeln, wozu die Ventile42 ,43 ,44 , die zwischen Austritten der Zwischenkühler31 ,32 ,33 und der jeweiligen Zwischendruckeinspeisung in die Economiseranschlüsse oder in den Zwischendruckanschluss angeordnet sind, modulierend geöffnet oder geschlossen werden. - d) Die Änderung des Verdichtungsenddruckes der oberen
Stufe des Schraubenverdichters
2 mittels des stromabwärts hinter dem Gaskühler4 angeordneten Drosselventils45 beeinflusst die Kälteleistung. Der Druck wird zur Reduktion der Kälteleistung abgesenkt und zur Erhöhung der Kälteleistung bis zum Optimum zwischen Kälteleistung und Antriebsleistung angehoben. Der maximale Druck wird über einen Regelalgorithmus als Funktion der CO2- Gaskühleraustrittstemperatur nach oben hin begrenzt. Der Druck ist der für den optimalen Energieeinsatz optimale Druck
- a) The degree of supercooling of the skin flow in the subcoolers is changed, including the partial flow of refrigerant through the liquid subcooler
31 .32 .33 by modulating opening or closing of the throttle valves34 .35 .36 is increased or decreased. As a result, the degree of cooling of the fluid changes before entering the liquid separator, and thus changes the volumetric cooling capacity. - b) The throttle points
31 .32 and33 are exemplified as electrically operated throttle valves, whose superheating is variable at the refrigerant outlet. The degree of overheating to be set on the sensors of these valves at the exits of the heat exchangers31 .32 .33 depending on the parameter to be controlled, z. B. the pressure in the liquid separator increases or decreases the cooling capacity. - c) To change the intermediate pressure at the connection points
25 .26 .40 are pressure regulators tile42 .43 .44 arranged to the volume flow to the economizer connections25 .26 and to the connection point40 between the two compressors1 .2 to change and thus regulate the cooling capacity of the refrigeration system, including the valves42 .43 .44 that between exits the intercooler31 .32 .33 and the respective intermediate pressure feed are arranged in the economizer connections or in the intermediate pressure connection, are modulatively opened or closed. - d) The change in the compression pressure of the upper stage of the screw compressor
2 by means of the downstream behind the gas cooler4 arranged throttle valve45 influences the cooling capacity. The pressure is lowered to reduce the cooling capacity and raised to increase the cooling capacity to the optimum between cooling capacity and drive power. The maximum pressure is limited upwards by a control algorithm as a function of the CO2 gas cooler outlet temperature. The pressure is the optimal pressure for the optimal use of energy
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- Schraubenverdichterscrew compressors
- 22
- Schraubenverdichterscrew compressors
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- Economiseranschlusseconomizer
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- Wärmetauscherheat exchangers
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- Wärmetauscherheat exchangers
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- Drosselventilthrottle valve
- 3636
- Drosselventilthrottle valve
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- DruckregelventilPressure control valve
- 4444
- DruckregelventilPressure control valve
- 4545
- Drosselventilthrottle valve
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