DE102015118105A1 - Method and apparatus for operating a refrigeration cycle with a sublimator for carbon dioxide as a refrigerant - Google Patents
Method and apparatus for operating a refrigeration cycle with a sublimator for carbon dioxide as a refrigerant Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015118105A1 DE102015118105A1 DE102015118105.3A DE102015118105A DE102015118105A1 DE 102015118105 A1 DE102015118105 A1 DE 102015118105A1 DE 102015118105 A DE102015118105 A DE 102015118105A DE 102015118105 A1 DE102015118105 A1 DE 102015118105A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sublimator
- carbon dioxide
- refrigerant path
- cross
- section
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
- F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
- F25B41/22—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves between evaporator and compressor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/25—Control of valves
- F25B2600/2515—Flow valves
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes mit einem Sublimator (1) für Kohlendioxid als Kältemittel sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for operating a refrigeration cycle with a sublimator (1) for carbon dioxide as a refrigerant and to an apparatus for carrying out the method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes mit Kohlendioxid als Kältemittel, wobei die Kälteerzeugung unterhalb des Tripeldruckes in einem Sublimator erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.The invention relates to a method for operating a refrigeration cycle with carbon dioxide as a refrigerant, wherein the refrigeration takes place below the triple pressure in a sublimator. The invention further relates to a device for carrying out the aforementioned method.
Kohlendioxid, auch als R744 oder als CO2 bezeichnet, ist ein ideales und vielfach angewendetes natürliches Kältemittel, welches im Temperaturbereich bis etwa –40°C eingesetzt wird. Die vorteilhaften Eigenschaften von Kohlendioxid als Kältemittel bestehen insbesondere darin, dass es nicht brennbar und unter üblichen Bedingungen auch nicht toxisch ist. Der Tripelpunkt von Kohlendioxid liegt bei ca. –56°C und 5,2 bar. Unterhalb der Tripeltemperatur liegt es im festen oder im gasförmigen Zustand vor.Carbon dioxide, also referred to as R744 or CO 2 , is an ideal and widely used natural refrigerant, which is used in the temperature range up to about -40 ° C. The advantageous properties of carbon dioxide as a refrigerant are, in particular, that it is non-combustible and, under normal conditions, also non-toxic. The triple point of carbon dioxide is about -56 ° C and 5.2 bar. Below the triple temperature, it is in solid or gaseous state.
Der konventionelle Kaltdampfprozess mit anderen Kältemitteln verläuft jedoch in aller Regel im Zweiphasengebiet des gasförmigen und flüssigen Zustandes des Kältemittels. Um mit CO2 als Kältemittel Temperaturen unterhalb von –56°C zu erreichen, muss im Kreislauf der Druck unterhalb des Tripelpunktes abgesenkt werden, wobei somit zumindest teilweise mit Kohlendioxid als Feststoff gearbeitet werden muss. Damit kann jedoch das nutzbare Temperaturniveau bis ca. –78°C oder sogar darunter zugänglich gemacht werden.The conventional cold vapor process with other refrigerants, however, usually runs in the two-phase region of the gaseous and liquid state of the refrigerant. In order to achieve temperatures below -56 ° C with CO 2 as refrigerant, the pressure in the circuit must be lowered below the triple point, whereby at least partially carbon dioxide must be used as a solid. However, the usable temperature level can be made accessible up to about -78 ° C or even lower.
Im Vergleich zum konventionellen Kaltdampfprozess wird der Verdampfer beim Unterschreiten der Sublimationslinie unterhalb des Tripeldruckes zum Sublimator. Durch die Sublimation des Kohlendioxids aus der festen in die gasförmige Phase entsteht unter Wärmeaufnahme die Nutzkälte.Compared to the conventional cold vapor process, when the sublimation line falls below the triple pressure, the evaporator becomes a sublimator. Due to the sublimation of the carbon dioxide from the solid into the gaseous phase, the useful cooling is created while absorbing heat.
Aus der Nutzung des Sublimationsprozesses ergeben sich gegenüber dem konventionellen Kaltdampfprozess einige Besonderheiten. Wird ein Verdampfer im konventionellen Kaltdampfprozess von Kältemittel durchströmt, ergibt sich bei Koexistenz von flüssiger und gasförmiger Phase lediglich ein technisch bedingter Druckverlust durch Fluidreibung. Der Druckverlust durch Fluidreibung in den Kanälen des Kältemittelpfades im Verdampfer ist relativ unproblematisch berechenbar und die entsprechenden Wärmeübertrager sind gut auf die jeweiligen Kältemittel mit ihren Dimensionen abstimmbar. Der Druckverlust bleibt bis auf übliche technische Schwankungen im stationären Betrieb der Anlage etwa gleich.From the use of the sublimation process there are some special features compared to the conventional cold vapor process. If an evaporator flows through the refrigerant in the conventional cold vapor process, the coexistence of liquid and gaseous phase results in only a technically caused pressure loss due to fluid friction. The pressure loss due to fluid friction in the channels of the refrigerant path in the evaporator is relatively unproblematic calculable and the corresponding heat exchanger are well tuned to the respective refrigerant with their dimensions. The pressure loss remains about the usual technical fluctuations in the steady state operation of the system about the same.
Wird die Kälte jedoch durch Sublimation bereitgestellt, ergibt sich technisch eine andere Situation. Wird ein Sublimator im Kohlendioxidkreislauf unterhalb des Tripelpunktes durchströmt, ergibt sich bei Koexistenz von fester und gasförmiger Phase neben dem technisch bedingten Druckverlust durch Fluidreibung eine weitere, deutlich unbestimmbarere Komponente mit Einfluss auf den Druckverlust. Es kommt zum Anlagern von festem Kohlendioxid an den Wänden des Sublimators sowie zum Agglomerieren von übergroßen CO2-Feststoffpartikeln.However, if the cold is provided by sublimation, technically a different situation arises. If a sublimator flows through in the carbon dioxide cycle below the triple point, coexistence of solid and gaseous phase results in addition to the technically caused pressure loss due to fluid friction, a further, significantly more indefinable component with influence on the pressure loss. It comes to the attachment of solid carbon dioxide on the walls of the sublimator and agglomeration of oversized CO 2 -Festsstoffpartikeln.
In der Konsequenz kommt es zu Querschnittsverengungen oder gar Verblockungen in einzelnen Bereichen des Sublimators, die den Druckverlust erheblich beeinflussen. Da handelsübliche Wärmeübertrager im Allgemeinen mehrpassig ausgeführt sind, ist ein Verblocken einzelner Pfade nicht auszuschließen und würde den kontinuierlichen Betrieb einer Anlage mit Sublimator erheblich beeinflussen. Unter einem mehrpassigen Wärmeübertrager wird ein Wärmeübertrager verstanden, der im Unterschied zum einpassigen Wärmeübertrager mehrere parallele Kältemittelkanäle aufweist, welche in ihrer Summe als Kältemittelpfad bezeichnet werden. Die Bildung von Verstopfungen oder Ablagerungen von festem Kohlendioxid soll nun mit der in der Erfindung vorgeschlagenen Reinigungsprozedur umgangen beziehungsweise eingeschränkt werden.As a consequence, cross-sectional constrictions or even blockages occur in individual regions of the sublimator, which considerably influence the pressure loss. Since commercially available heat exchangers are generally multi-threaded, blocking of individual paths can not be ruled out and would considerably influence the continuous operation of a system with a sublimator. A multi-pass heat exchanger is understood to mean a heat exchanger which, unlike the single-pass heat exchanger, has a plurality of parallel refrigerant passages, which in their entirety are referred to as the refrigerant path. The formation of blockages or deposits of solid carbon dioxide should now be circumvented or limited by the cleaning procedure proposed in the invention.
Im Stand der Technik ist aus der
Im Stand der Technik sind aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zum Betreiben eines Kreislaufes mit einem Sublimator mit Kohlendioxid als Kältemittel sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die das Problem der sich bildenden Verstopfungen oder Ablagerungen von festem Kohlendioxid im Sublimator weitestgehend verhindert oder vermindert.The object of the invention is therefore to provide a method for operating a circuit with a sublimator with carbon dioxide as a refrigerant, as well as a device which provides the Problem of forming blockages or deposits of solid carbon dioxide in the sublimator largely prevented or reduced.
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß den selbstständigen Patentansprüchen gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by an article according to the independent claims. Further developments are specified in the dependent claims.
Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes mit einem Sublimator für Kohlendioxid als Kältemittel gelöst, wobei der Kältekreislauf unterhalb des Tripelpunktes betrieben wird. Dabei entsteht bei der Kälteerzeugung die Besonderheit, dass im Sublimator die Sublimationslinie des Kohlendioxids unterhalb des Tripelpunktes überschritten wird. Erfindungsgemäß erfolgt eine Reinigung des Sublimators von Verstopfungen mit festem CO2 oder von Ablagerungen von festem CO2 durch eine gezielte Reduzierung des Querschnitts des Kältemittelpfades nach dem Sublimator. Dabei wird der Druck im Sublimator über den Tripeldruck angehoben und das feste Kohlendioxid wird in flüssiges Kohlendioxid umgewandelt. Dabei werden die Verstopfungen und Ablagerungen von festem CO2 aufgelöst. Danach wird der Kältemittelpfad mindestens teilweise wieder vergrößert und das flüssige Kohlendioxid im Sublimator durch den Druckabfall verteilt und nach Unterschreiten des Tripeldruckes in festes oder gasförmiges Kohlendioxid zurückgewandelt. Die Veränderung des Querschnitts des Kältemittelpfades erfolgt dabei in Abhängigkeit von Steuer- oder Regelungssignalen.The object of the invention is achieved in particular by a method for operating a refrigeration cycle with a sublimator for carbon dioxide as a refrigerant, wherein the refrigeration cycle is operated below the triple point. During cooling, the special feature is that in the sublimator the sublimation line of the carbon dioxide is exceeded below the triple point. According to the invention, a cleaning of the sublimator of blockages with solid CO 2 or deposits of solid CO 2 by a targeted reduction of the cross section of the refrigerant path after the sublimator. The pressure in the sublimator is raised above the triple pressure and the solid carbon dioxide is converted into liquid carbon dioxide. The blockages and deposits of solid CO 2 are dissolved. Thereafter, the refrigerant path is at least partially enlarged again and distributed the liquid carbon dioxide in the sublimator by the pressure drop and converted back into solid or gaseous carbon dioxide after falling below the triple pressure. The change in the cross section of the refrigerant path is carried out in dependence on control or regulating signals.
Die Erfindung wird vorteilhaft dadurch weitergebildet, dass der Sublimator diskontinuierlich mit flüssigem Kohlendioxid oberhalb des Tripeldruckes befüllt wird. Durch nachfolgendes rasches Absenken des Druckes unterhalb des Tripeldruckes wird festes und gasförmiges Kohlendixid in gleichmäßiger Verteilung im Sublimator erzeugt. Das Befüllen des Sublimators mit flüssigem Kohlendioxid erfolgt bevorzugt dann, wenn die Reinigung des Sublimators von festem Kohlendioxid durch Querschnittsverengung nach dem Sublimator durchgeführt wird.The invention is advantageously further developed in that the sublimator is filled discontinuously with liquid carbon dioxide above the triple pressure. By subsequent rapid lowering of the pressure below the triple pressure solid and gaseous carbon dioxide is produced in a uniform distribution in the sublimator. The filling of the sublimator with liquid carbon dioxide is preferably carried out when the cleaning of the sublimator of solid carbon dioxide is carried out by cross-sectional constriction after the sublimator.
Bevorzugt erfolgt die Reduzierung des Querschnitts des Kältemittelpfades bis zum vollständigen Verschließen des Kältemittelpfades, wobei dann ein Druckanstieg verbunden mit der Verflüssigung des festen Kohlendioxids erreichbar ist.Preferably, the reduction of the cross section of the refrigerant path is carried out until the refrigerant path is completely closed, in which case a pressure increase associated with the liquefaction of the solid carbon dioxide can be achieved.
Besonders bevorzugt erfolgt die Reduzierung des Querschnitts des Kältemittelpfades in Abhängigkeit eines Druckverlustgrenzwertes über dem Sublimator.Particularly preferably, the reduction of the cross section of the refrigerant path takes place as a function of a pressure loss limit value above the sublimator.
Alternativ oder kumulativ erfolgt die Reduzierung des Querschnitts des Kältemittelpfades in Abhängigkeit des Verdichtersaugdruckes.Alternatively or cumulatively, the reduction of the cross section of the refrigerant path takes place as a function of the compressor suction pressure.
Vorteilhaft ist weiterhin die Reduzierung des Kältemittelpfades in Abhängigkeit eines Grenzwertes für die Temperaturspreizung, die luft- beziehungsweise sekundärseitig über dem Sublimator messbar ist.A further advantage is the reduction of the refrigerant path as a function of a limit value for the temperature spread, which can be measured on the air side or on the secondary side via the sublimator.
Weiterhin vorteilhaft lässt sich die Reduzierung des Querschnitts des Kältemittelpfades in Abhängigkeit eines Grenzwertes für die Temperaturspreizung kältemittelseitig festlegen.Furthermore advantageously, the reduction of the cross section of the refrigerant path can be determined as a function of a limit value for the temperature spread on the refrigerant side.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Reduzierung des Querschnitts des Kältemittelpfades nach einem vorgebbaren Zeitintervall in der Art einer Steuerung.According to an advantageous embodiment of the invention, the reduction of the cross section of the refrigerant path after a predetermined time interval in the manner of a control.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die Reduzierung des Querschnitts des Kältemittelpfades in Abhängigkeit einer Kombination von mehreren der vorgenannten Steuer- und Regelungssignalen erfolgt.A particularly advantageous embodiment of the invention results from the fact that the reduction of the cross section of the refrigerant path in response to a combination of several of the aforementioned control and regulation signals.
Die Reduzierung des Querschnitts des Kältemittelpfades kann dabei gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zwischen 5 und 30 Sekunden erfolgen.The reduction of the cross section of the refrigerant path can be carried out according to an advantageous embodiment of the invention between 5 and 30 seconds.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Vorrichtung gelöst, mit welcher das vorbeschriebene Verfahren realisiert werden kann, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Absperrvorrichtung zur Veränderung des Querschnittes des Kältemittelpfades nach dem Sublimator im Kältemittelpfad angeordnet ist. Weiterhin ist zur Regelung und Steuerung mindestens ein Sensor und eine Steuer- und Regelungseinrichtung zur Steuerung und Regelung der Absperrvorrichtung vorgesehen.The object of the invention is further achieved by a device with which the above-described method can be realized, which is characterized in that a shut-off device for changing the cross section of the refrigerant path is arranged after the sublimator in the refrigerant path. Furthermore, at least one sensor and a control and regulating device for controlling and regulating the shut-off device are provided for regulation and control.
Ein Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass es nunmehr möglich ist, feste Kohlendioxidablagerungen in dem als Sublimator ausgeführten Wärmeübertrager durch eine Reinigungsprozedur im laufenden Betrieb aufzulösen bzw. zu verteilen. Durch zeitlich minimale Verzögerungen des Auflösungsprozesses kann nun ein im Wesentlichen kontinuierlicher Kreislaufbetrieb eines Kohlendioxidkreislaufs unterhalb des Tripelpunktes mit gleichbleibender Wärmeübertragungsleistung sichergestellt werden.An advantage of the invention is in particular that it is now possible to dissolve solid carbon dioxide deposits in the designed as a sublimator heat exchanger by a cleaning procedure during operation or distribute. By temporally minimal delays of the dissolution process, a substantially continuous cycle operation of a carbon dioxide cycle can be ensured below the triple point with constant heat transfer performance.
Konzeptionsgemäß wird der Sublimator durch das davor liegende Drosselorgan des Kreislaufes kontinuierlich mit Kohlendioxid aus dem Kreislauf versorgt. Zusätzlich kann die kurzzeitige Versorgung des Sublimators mit auf höherem Druck befindlichem CO2 auch aus einem anderen Reservoir realisiert werden, beispielsweise aus anderen Anlagenzonen, die sich verfahrensbedingt auf einem höheren Druckniveau befinden. Wird durch eine Absperrvorrichtung, beispielsweise in Form eines Magnetventils, nach dem Wärmeübertrager der Durchfluss durch den Sublimator gezielt gestoppt bzw. reduziert, so steigt der Druck im Sublimator an. Übersteigt der Druck kurzzeitig den Tripeldruck des Kohlendioxids von 5,18 bar lösen sich alle Kohlendioxidfeststoffbestandteile physikalisch bedingt sofort auf und es bildet sich flüssiges Kohlendioxid. Danach kann die Absperrvorrichtung ganz oder teilweise wieder geöffnet werden, wodurch die Flüssignester durch den Druckabfall verteilt werden und wieder zu festem beziehungsweise gasförmigem CO2 zurückgewandelt und dem Hauptstrom zugeführt werden.According to the concept, the sublimator is continuously supplied with carbon dioxide from the circulation by the upstream throttling element of the circuit. In addition, the short-term supply of the sublimator with CO 2 at higher pressure can also be realized from another reservoir, for example from other plant zones, which are at a higher pressure level due to the process. Is by a shut-off device, for example in the form of a solenoid valve, after the heat exchanger, the flow selectively stopped or reduced by the sublimator, the pressure in the sublimator increases. If the pressure briefly exceeds the triple pressure of the carbon dioxide of 5.18 bar, all carbon dioxide solids components dissolve immediately due to physical reasons and liquid carbon dioxide forms. Thereafter, the shut-off can be completely or partially reopened, whereby the liquid esters are distributed by the pressure drop and converted back to solid or gaseous CO 2 and fed to the main stream.
Wird die Befüllung des Sublimators mit flüssigem beziehungsweise gasförmigem Kohlendioxid gleichzeitig oder unabhängig von der Reinigungsprozedur zur Befüllung des Sublimators realisiert, so soll die Absperrvorrichtung nach dem Sublimator gerade so weit geöffnet sein, dass der Druck im Sublimator während der Befüllung noch oberhalb des Tripeldruckes liegt. Der Sublimator wird so, ähnlich einem konventionell arbeitenden Verdampfer, mit Kältemittel befüllt. Nach hinreichender Befüllung wird die Absperrvorrichtung nach dem Sublimator gezielt geöffnet und der Druck im Sublimator unterhalb des Tripeldruckes abgesenkt. Dadurch bildet sich im Sublimator eine vorzugsweise homogene Verteilung von festem und gasförmigem CO2 aus, die zur Kältebereitstellung genutzt werden kann.If the filling of the sublimator with liquid or gaseous carbon dioxide is carried out simultaneously or independently of the cleaning procedure for filling the sublimator, then the shut-off device after the sublimator should just be opened so far that the pressure in the sublimator during the filling is still above the triple pressure. The sublimator is filled with refrigerant, similar to a conventional evaporator. After adequate filling, the shut-off device is selectively opened after the sublimator and the pressure in the sublimator is lowered below the triple pressure. As a result, a preferably homogeneous distribution of solid and gaseous CO 2 is formed in the sublimator, which can be used for providing the cold.
Die Reinigungsprozedur dauert vorzugsweise nur wenige Sekunden, so dass der Effekt des kurzzeitigen Temperatur- und Druckanstieges auf die kontinuierliche Kältebereitstellung im Sublimator außerordentlich gering ist. Regelungstechnisch ist das Startsignal für die Reingungsprozedur, also die Betätigung der Absperrvorrichtung zur Reduzierung oder Absperrung des Querschnitts des Kältemittelpfades, durch verschiedene Größen allein oder in Kombination auslösbar.The cleaning procedure preferably takes only a few seconds, so that the effect of the short-term increase in temperature and pressure on the continuous provision of cooling in the sublimator is extremely low. Control technology is the start signal for the cleaning procedure, ie the operation of the shut-off device for reducing or blocking the cross-section of the refrigerant path, by different sizes alone or in combination triggered.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit der nachgeschalteten Absperrvorrichtung das Druckniveau im Sublimator bis zur vollständigen Füllung mit vorzugsweise flüssigem CO2 der Druck oberhalb der Tripelbedingungen gehalten werden kann und danach ein rasches Druckabsenken unterhalb der Tripelbedingungen möglich wird. Der Sublimator ist danach idealerweise gleichmäßig mit festem und gasförmigem CO2 befüllt.Another advantage of the invention is that with the downstream shut-off device, the pressure level in the sublimator can be kept above the triple conditions until complete filling with preferably liquid CO 2, the pressure and then a rapid pressure drop below the triple conditions is possible. The sublimator is then ideally filled evenly with solid and gaseous CO 2 .
Nach einer Ausgestaltung wird die Steuer- und Regeleinrichtung über einen Druckverlustgrenzwert über dem Sublimator geregelt. Weitere Steuer- und Regelparameter sind die Auslösung der Reduzierung des Querschnitts des Kältemittelpfades, der Verdichtersaugdruck, ein Grenzwert für die Temperaturspreizung bzw. die Austrittstemperatur luftseitig, sowie einen Grenzwert für die Temperaturspreizung bzw. die Austrittstemperatur kältemittelseitig sowie der Absolutdruck an verschiedenen Stellen im Sublimator selbst. Alternativ oder in Kombination kann die Reinigungsprozedur beispielsweise nach einem vorgegebenen Zeitintervall ausgelöst werden. Die Reinigungsprozedur besitzt besonders bei Sublimatoren in mehrpassiger Ausführung eine besondere technische Bewandtnis. Hier ist selbst bei Blockierung oder unerwünschter Querschnittsverengung einzelner Pässe sonst keinerlei Möglichkeit gegeben, den Sublimator von seinen Verblockungen zu befreien. Um jedoch einzelne feste Kohlendioxidablagerungen aufzulösen und zu verteilen beziehungsweise eine homogene Befüllung zu gewährleisten, ist die Verwendung der Reinigungsprozedur auch bei einpassiger Ausführung des Wärmeübertragers als Sublimator vorteilhaft.According to one embodiment, the control and regulating device is regulated via a pressure loss limit value above the sublimator. Further control and regulation parameters are the triggering of the reduction of the cross section of the refrigerant path, the compressor suction pressure, a limit for the temperature spread or the outlet temperature on the air side, as well as a limit value for the temperature spread or the exit temperature on the refrigerant side and the absolute pressure at different points in the sublimator itself. Alternatively or in combination, the cleaning procedure can be triggered, for example, after a predetermined time interval. The cleaning procedure has a special technical condition, especially with sublimators in multi-pass design. Here, even with blocking or unwanted cross-sectional narrowing of individual passes, there is no other way to free the sublimator of its blockages. However, in order to dissolve and distribute individual solid carbon dioxide deposits or to ensure a homogeneous filling, the use of the cleaning procedure is also advantageous in the case of a passable design of the heat exchanger as a sublimator.
Zusammengefasst besteht die Konzeption der Erfindung darin, durch eine zusätzliche Absperrvorrichtung in Strömungsrichtung nach dem Sublimator nach vorgegebenen Steuerungs- und oder Regelungssignalen kurzzeitig einen Druckanstieg bis über den Tripeldruck von Kohlendioxid auszulösen und damit gebildete Kohlendioxidfeststoffablagerungen aufzulösen beziehungsweise zu verteilen. Der kurzzeitig angestrebte Druckanstieg kann dabei alternativ oder kumulativ auch durch Zuführung von CO2 aus einem Reservoir mit höherem Druckniveau erfolgen. Ein Vorteil der Anordnung der Absperrvorrichtung in Strömungsrichtung nach dem Sublimator besteht zusätzlich darin, dass das Druckniveau beim Befüllen des Sublimators noch leicht oberhalb des Tripeldruckes liegt und erst danach unterhalb des Tripeldruckes abgesenkt wird.In summary, the concept of the invention consists in briefly triggering an increase in pressure above the triple pressure of carbon dioxide by means of an additional shut-off device in the flow direction downstream of the sublimator according to predetermined control and / or control signals and dissolving or distributing carbon dioxide solid matter deposits formed thereby. The short-term desired increase in pressure can be carried out alternatively or cumulatively by supplying CO 2 from a reservoir with a higher pressure level. An advantage of the arrangement of the shut-off device in the flow direction after the sublimator is additionally that the pressure level during filling of the sublimator is still slightly above the triple pressure and only then lowered below the triple pressure.
Im Ergebnis ist eine effizientere, kontinuierliche Wärmeübertragung im Sublimator möglich, und der Kreislauf kann quasi-kontinuierlich ohne größere Unterbrechungen arbeiten. Überdies ergibt sich die Möglichkeit, mehrere Sublimatoren bzw. Sektionen derselben parallel zu betreiben und jeweils zunächst gleichmäßig zu befüllen und dann zur Kältebereitstellung im Druck abzusenken, bis das feste CO2 vollständig sublimiert ist.As a result, a more efficient, continuous heat transfer in the sublimator is possible, and the circuit can operate quasi-continuously without major interruptions. Moreover, there is the possibility to operate several sublimers or sections of the same in parallel and in each case first to fill uniformly and then lower the pressure for cooling in the pressure until the solid CO 2 is completely sublimated.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:Further details, features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
In
In
In
Steigt der Druck im Sublimator
In
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Sublimatorsublimator
- 22
- KältemittelpfadRefrigerant path
- 33
- AbsperrvorrichtungShut-off
- 44
- Expansionsorganexpansion element
- 55
- Sensorsensor
- 66
- Bypass mit DrosselvorrichtungBypass with throttle device
- 77
- Innerer WärmeübertragerInternal heat exchanger
- 88th
- Rückkühler, Gaskühler, KondensatorDry cooler, gas cooler, condenser
- 99
- Verdichtercompressor
- 1010
- MitteldruckbehälterIntermediate pressure vessel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 3004114 A1 [0008] DE 3004114 A1 [0008]
- DE 2335130 A1 [0009] DE 2335130 A1 [0009]
Claims (12)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015118105.3A DE102015118105B4 (en) | 2015-10-23 | 2015-10-23 | Method and apparatus for operating a refrigeration cycle with a sublimator for carbon dioxide as a refrigerant |
EP16797721.4A EP3365615B1 (en) | 2015-10-23 | 2016-10-20 | Method and device for operating a refrigeration circuit with a sublimator for carbon dioxide as a coolant |
PCT/DE2016/100488 WO2017067543A1 (en) | 2015-10-23 | 2016-10-20 | Method and device for operating a refrigeration circuit with a sublimator for carbon dioxide as a coolant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015118105.3A DE102015118105B4 (en) | 2015-10-23 | 2015-10-23 | Method and apparatus for operating a refrigeration cycle with a sublimator for carbon dioxide as a refrigerant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015118105A1 true DE102015118105A1 (en) | 2017-04-27 |
DE102015118105B4 DE102015118105B4 (en) | 2019-05-09 |
Family
ID=57345623
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015118105.3A Active DE102015118105B4 (en) | 2015-10-23 | 2015-10-23 | Method and apparatus for operating a refrigeration cycle with a sublimator for carbon dioxide as a refrigerant |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3365615B1 (en) |
DE (1) | DE102015118105B4 (en) |
WO (1) | WO2017067543A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102019127488A1 (en) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Technische Universität Dresden | Fluid circuit and method of operating the fluid circuit |
WO2022101139A3 (en) * | 2020-11-13 | 2022-07-07 | CTS Clima Temperatur Systeme GmbH | Temperature control system and method for operating a temperature control system |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102019113327A1 (en) | 2019-05-20 | 2020-11-26 | Technische Universität Dresden | Heat exchangers and cooling processes |
DE102019126214A1 (en) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 | Technische Universität Dresden | Device for transferring heat in a fluid circuit and method for operating the device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2335130A1 (en) | 1972-09-29 | 1974-04-04 | Integral Process Syst Inc | SELF-CLEANING VALVE FOR A COOLANT AND COOLING DEVICE WITH A SELF-CLEANING VALVE |
DE2748796A1 (en) * | 1976-11-01 | 1978-05-03 | Tyree Jun | METHOD AND DEVICE FOR COOLING MATERIALS USING STORED, REFRIGERATING COOLING |
DE3004114A1 (en) | 1979-04-18 | 1980-11-06 | Liquid Carbonic De Espana S A | Low temperatures produced for refrigeration - where solidified carbon di:oxide is suspended in liq. and fed through evaporator-sublimator located in cold chamber |
DE3824235C1 (en) * | 1988-07-16 | 1989-10-26 | Danfoss A/S, Nordborg, Dk |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4973872B2 (en) * | 2005-10-17 | 2012-07-11 | 株式会社前川製作所 | CO2 refrigerator |
JP2008224206A (en) * | 2008-04-02 | 2008-09-25 | Mayekawa Mfg Co Ltd | Dual refrigerating cycle device |
-
2015
- 2015-10-23 DE DE102015118105.3A patent/DE102015118105B4/en active Active
-
2016
- 2016-10-20 WO PCT/DE2016/100488 patent/WO2017067543A1/en active Application Filing
- 2016-10-20 EP EP16797721.4A patent/EP3365615B1/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2335130A1 (en) | 1972-09-29 | 1974-04-04 | Integral Process Syst Inc | SELF-CLEANING VALVE FOR A COOLANT AND COOLING DEVICE WITH A SELF-CLEANING VALVE |
DE2748796A1 (en) * | 1976-11-01 | 1978-05-03 | Tyree Jun | METHOD AND DEVICE FOR COOLING MATERIALS USING STORED, REFRIGERATING COOLING |
DE3004114A1 (en) | 1979-04-18 | 1980-11-06 | Liquid Carbonic De Espana S A | Low temperatures produced for refrigeration - where solidified carbon di:oxide is suspended in liq. and fed through evaporator-sublimator located in cold chamber |
DE3824235C1 (en) * | 1988-07-16 | 1989-10-26 | Danfoss A/S, Nordborg, Dk |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102019127488A1 (en) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Technische Universität Dresden | Fluid circuit and method of operating the fluid circuit |
WO2022101139A3 (en) * | 2020-11-13 | 2022-07-07 | CTS Clima Temperatur Systeme GmbH | Temperature control system and method for operating a temperature control system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3365615B1 (en) | 2019-08-14 |
DE102015118105B4 (en) | 2019-05-09 |
EP3365615A1 (en) | 2018-08-29 |
WO2017067543A1 (en) | 2017-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3365615B1 (en) | Method and device for operating a refrigeration circuit with a sublimator for carbon dioxide as a coolant | |
DE102006005035B3 (en) | cooling system | |
DE102006014867A1 (en) | Ejector pump cooling circuit for air conditioners comprises a compressor for suctioning and compressing a coolant, a heat radiating unit, an ejector pump, vaporizing units, a bypass channel, a throttle unit and an inner heat exchanger | |
EP2119985A2 (en) | Tempering unit on a heat pump basis | |
DE102014108989A1 (en) | Branch for a refrigerant flow of a refrigerant circuit | |
DE102014219514A1 (en) | Plant-off configuration for an air conditioner | |
DE102011108970A1 (en) | Low-temperature power plant has pressure equalizing valve and control valve that are arranged on relaxation side of turbine | |
DE102011109322A1 (en) | Refrigeration system for a vehicle and method for controlling a refrigeration system for a vehicle | |
EP1747413B1 (en) | Control unit for a refrigeration or air conditioning system | |
DE102020130063A1 (en) | Temperature control system and method for operating a temperature control system | |
DE102017110560B4 (en) | Refrigerant circuit of a refrigeration system with an arrangement for defrosting a heat exchanger and a method for operating the refrigerant circuit | |
DE102007046791B3 (en) | Device for producing a stream of dry ice particles comprises a unit for super-cooling liquid carbon dioxide with a compression refrigerating machine for withdrawing heat from the liquid carbon dioxide | |
EP2084722B1 (en) | Method for cooling superconducting magnets | |
DE2111779A1 (en) | Method and device for purifying helium | |
DE102014000541A1 (en) | Device for obtaining the subcritical operating state at high gas cooler inlet temperatures of a compressed air refrigerant dryer | |
DE10258524A1 (en) | Refrigerant circuit for an automotive air conditioning system | |
DE102014108999A1 (en) | Method for operating a battery cooler system and battery cooler system | |
DE102014214656A1 (en) | Compression refrigeration system and method for operating a compression refrigeration system | |
DE10064318A1 (en) | Method for controlling a cooling device | |
DE102015007564A1 (en) | Air conditioning and method of operating an air conditioner | |
DE102018215024B4 (en) | Method for operating a refrigeration system for a vehicle and a refrigeration system | |
DE102017000060A1 (en) | Fridge and / or freezer | |
EP3710134B1 (en) | Method and device for purification or separation and cooling of a gas mixture | |
DE102018215022B3 (en) | Method for operating a refrigeration system for a vehicle with a double-flow heat exchanger and refrigeration system | |
DE10055916A1 (en) | Coolant circuit for refrigeration machine has feed line containing capillary and pilot valve, with at least some coolant flowing through pilot valve and capillary in succession |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |