DE102019135437B4 - Process for indirectly determining pressure in refrigeration circuits - Google Patents
Process for indirectly determining pressure in refrigeration circuits Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019135437B4 DE102019135437B4 DE102019135437.4A DE102019135437A DE102019135437B4 DE 102019135437 B4 DE102019135437 B4 DE 102019135437B4 DE 102019135437 A DE102019135437 A DE 102019135437A DE 102019135437 B4 DE102019135437 B4 DE 102019135437B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- refrigerant
- heat transfer
- pressure
- transfer fluid
- temperatures
- 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.)
- Active
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
- 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
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/02—Heat pumps of the compression type
-
- 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
- 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
- F25B2500/00—Problems to be solved
- F25B2500/19—Calculation of parameters
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)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
Abstract
Verfahren zur Bestimmung des Drucks des Kältemittels in einem Kältekreis, wobei der Kältekreis mindestens eine Komponente aufweist, in der ein Wärmeübergang zwischen dem Kältemittel und einem Wärmeträgerfluid stattfindet, umfassend mindestens folgende Verfahrensschritte:a) Messung der Temperaturen des Kältemittels sowie des Wärmeträgerfluids jeweils am Eintritt in eine und am Austritt aus einer Komponente des Kältekreises, in der ein Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Wärmeträgerfluid stattfindet (TR,ein, TR,aus; TW,ein,TW,aus);b) Messung einer Zwischentemperatur des Kältemittels TR,mund einer Zwischentemperatur des Wärmeträgerfluids TW,min der Komponente des Kältekreises so, dass diese Zwischentemperaturen den gleichen bis dorthin vollzogenen Wärmeübertragungsprozess, einmal bezogen auf das Kältemittel und einmal bezogen auf das Wärmeträgerfluid, erfassen;c) Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Druck pRund Enthalpie hRdes Kältemittels bei den gemessenen Temperaturen des Kältemittels (TR,ein, TR,aus, TR,m) zumindest im für den Betrieb des Kältekreises vorgesehenen Druckbereich mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung unter Nutzung einer Stoffdatenbank;d) Ermittlung des zum Zeitpunkt der Messungen in den Verfahrensschritten a) und b) vorliegenden Drucks pR* durch Ermittlung der Abhängigkeit des Drucks pRdes Kältemittels von einem aus der Manipulation eines Gleichungssystems mindestens zweier voneinander verschiedener Bilanzgleichungen des Wärmeübertragungsprozesses in der Komponente des Kältekreises, in der ein Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Wärmeträgerfluid stattfindet, resultierenden Zusammenhangs der Enthalpien des Kältemittels bei den in den Verfahrensschritten a) und b) ermittelten Temperaturen des Kältemittels, wobei der zum Zeitpunkt der Messungen in den Verfahrensschritten a) und b) vorliegende Zusammenhang der Enthalpien aus dem entsprechenden Zusammenhang der in den Verfahrensschritten a) und b) ermittelten Temperaturen des Wärmeträgerfluids bestimmt wird; wobei bei Zuordnung von mehr als einem Druckwert pR* zu dem dem Zusammenhang zwischen den Temperaturen des Wärmeträgerfluids entsprechenden Zusammenhang zwischen den Enthalpien des Kältemittels zur Bestimmung des zum Zeitpunkt der Messungen in den Verfahrensschritten a) und b) vorliegenden Drucks des Kältemittels eine Plausibilitätsprüfung der mehr als einen Druckwerte durchgeführt wird.Method for determining the pressure of the refrigerant in a refrigeration circuit, the refrigeration circuit having at least one component in which heat transfer takes place between the refrigerant and a heat transfer fluid, comprising at least the following method steps: a) measuring the temperatures of the refrigerant and of the heat transfer fluid at the inlet one and at the outlet of a component of the refrigeration circuit in which heat transfer takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid (TR,in, TR,out; TW,in,TW,out);b) measurement of an intermediate temperature of the refrigerant TR,mand an intermediate temperature of Heat transfer fluid TW,min of the component of the refrigeration circuit in such a way that these intermediate temperatures record the same heat transfer process that has taken place up to there, once in relation to the refrigerant and once in relation to the heat transfer fluid; c) Determination of the relationship between pressure pR and enthalpy hR of the refrigerant at the measured temperatures of refrigerant els (TR,in, TR,out, TR,m) at least in the pressure range provided for the operation of the refrigeration circuit by means of a data processing device using a material database;d) determination of the pressure pR present at the time of the measurements in method steps a) and b). * by determining the dependency of the pressure pR of the refrigerant on a relationship between the enthalpies of the refrigerant resulting from the manipulation of a system of equations of at least two different balance equations of the heat transfer process in the component of the refrigeration circuit in which heat transfer takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid in the process steps a) and b) determined temperatures of the refrigerant, the relationship of the enthalpies present at the time of the measurements in method steps a) and b) from the corresponding relationship of the temperatures of the heat transfer fluid determined in method steps a) and b). is determined; where, if more than one pressure value pR* is assigned to the relationship between the temperatures of the heat transfer fluid, which corresponds to the relationship between the enthalpies of the refrigerant, to determine the pressure of the refrigerant present at the time of the measurements in method steps a) and b), a plausibility check is carried out on the more than a pressure value is carried out.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Drucks des Kältemittels in einem Kältekreis, wobei der Kältekreis mindestens eine Komponente aufweist, in der ein Wärmeübergang zwischen dem Kältemittel und einem Wärmeträgerfluid stattfindet. Ferner betrifft die Erfindung die bevorzugte Verwendung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for determining the pressure of the refrigerant in a refrigeration circuit, the refrigeration circuit having at least one component in which heat transfer takes place between the refrigerant and a heat transfer fluid. Furthermore, the invention relates to the preferred use of such a method.
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, welches den Druck aus mehreren Temperaturen in einem Kältekreis bestimmt. Auch wenn die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Folgenden für die Anwendung in einem Kältekreis erfolgt, ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für Kältekreise, sondern gleichermaßen für verschiedene Arten rechts- sowie linkslaufender thermodynamischer Kreisprozesse bzw. Wärmeübertragungsprozesse geeignet.The invention describes a method that determines the pressure from multiple temperatures in a refrigeration cycle. Even though the method according to the invention is described below for use in a refrigeration circuit, the method according to the invention is not only suitable for refrigeration circuits, but equally for various types of clockwise and counterclockwise thermodynamic cycles or heat transfer processes.
Beispielsweise in handelsüblichen Wärmepumpen werden derzeit schon viele der für das erfindungsgemäße Verfahren genutzten Temperaturen für andere Zwecke, z. B. zur Überwachung der Verdichtungsendtemperatur, erfasst. Besonders vorteilhaft kann durch wenige, in vielen Fällen nur zwei, zusätzliche kostengünstige Temperatursensoren auch in transkritischen Kältekreisen der Hochdruck indirekt bestimmt werden. Damit kann über die Kältekreisprozessgrößen eine vom Gesetzgeber zukünftig geforderte Energiebilanzierung kostengünstiger realisiert werden. So kann der Einsatz externer Energieerfassungssysteme bzw. teurer und aufwendig zu installierender Drucksensoren entfallen.For example, in commercially available heat pumps, many of the temperatures used for the process according to the invention are already being used for other purposes, e.g. B. for monitoring the compression end temperature recorded. Particularly advantageously, the high pressure can also be determined indirectly in transcritical refrigeration circuits using a few, in many cases only two, additional cost-effective temperature sensors. This means that energy balancing, which will be required by law in the future, can be implemented more cost-effectively using the refrigeration cycle process variables. In this way, the use of external energy recording systems or pressure sensors that are expensive and difficult to install can be omitted.
Aufgrund des Verbotes bzw. der Reduktion der verkaufbaren erlaubten Menge an F-Gasen geht der Trend in neuen Kälteanlagen bzw. Wärmepumpen zu Kältemitteln mit niedrigem GWP (global warming potential). Dabei kommt CO2 (R744) besondere Bedeutung zu, da es weder brennbar noch toxisch ist, nicht zum Abbau von Ozon in der Atmosphäre führt und nicht gesondert entsorgt oder recycelt werden muss. Da der kritische Punkt von CO2 bei der vergleichsweise niedrigen Temperatur T = 304 K (31 °C) (und einem Druck p = 7,4 MPa = 74 bar) liegt, werden insbesondere Wärmepumpen mit CO2 als Kältemittel im Allgemeinen transkritisch betrieben. Bei einer transkritischen Prozessführung tritt an die Stelle der bei der unterkritischen Prozessführung auftretenden Kondensation des Kältemittels bei konstantem Druck und konstanter Temperatur die isobare Abkühlung des Kältemittels auf der Hochdruckseite bei stark gleitender Temperatur in einem Hochdruckwärmeübertrager, auch Gaskühler genannt.Due to the ban or the reduction in the permitted quantity of F-gases that can be sold, the trend in new refrigeration systems or heat pumps is towards refrigerants with a low GWP (global warming potential). CO 2 (R744) is of particular importance as it is neither flammable nor toxic, does not lead to the depletion of ozone in the atmosphere and does not have to be disposed of separately or recycled. Since the critical point of CO 2 is at the comparatively low temperature T = 304 K (31 °C) (and a pressure p = 7.4 MPa = 74 bar), heat pumps in particular with CO 2 as refrigerant are generally operated transcritically. In a transcritical process, the condensation of the refrigerant at constant pressure and constant temperature that occurs in the subcritical process is replaced by isobaric cooling of the refrigerant on the high-pressure side at a strongly sliding temperature in a high-pressure heat exchanger, also known as a gas cooler.
Im Sinne dieser Anmeldung umfasst der Begriff „transkritisch“ Prozessführungen, bei denen die thermodynamische Zustandsänderung auf der Hochdruckseite des Kältemittels im überkritischen Bereich des Phasendiagramms abläuft, das Nassdampfgebiet also nicht durchlaufen wird; auf der Niederdruckseite kann der Druck allerdings geringer als der kritische Druck des Kältemittels sein und das Nassdampfgebiet durchlaufen werden.For the purposes of this application, the term “transcritical” includes processes in which the thermodynamic change of state on the high-pressure side of the refrigerant takes place in the supercritical area of the phase diagram, i.e. the wet-steam area is not passed through; on the low-pressure side, however, the pressure can be lower than the critical pressure of the refrigerant and the wet vapor region can be passed through.
Um die Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpenheizung, also das Verhältnis zwischen zugeführter Energie und der tatsächlich erzeugten Heizungswärme, zu ermitteln, muss entweder teure externe Messtechnik (z. B. ein Wärmemengenzähler) verwendet werden, oder die Jahresarbeitszahl wird über Kreisprozessberechnungen anhand von thermodynamischen Zustandsgrößen (z. B. p und T) an inneren Arbeitspunkten berechnet. Bei rein unterkritisch arbeitenden Anlagen kann aufgrund der i. A. relativ niedrigen Druckniveaus einfache Druckmesstechnik eingesetzt werden. Da bei unterkritisch arbeitenden Wärmepumpen eine Kondensation des Kältemittels stattfindet und im Nassdampfgebiet der Druck eindeutig der zugehörigen Kondensationstemperatur zuzuordnen ist, kann eine Druckbestimmung auf besonders einfache Weise auch nur über die Messung der (Kondensations-)Temperatur erfolgen.In order to determine the annual performance factor of a heat pump heating system, i.e. the ratio between the energy supplied and the heat actually generated, either expensive external measurement technology (e.g. a heat meter) must be used, or the annual performance factor is calculated using cycle processes based on thermodynamic state variables (e.g. B. p and T) calculated at inner working points. In the case of purely subcritical systems, due to the i. A. Relatively low pressure levels simple pressure measurement technology can be used. Since condensation of the refrigerant takes place in subcritical heat pumps and the pressure in the wet steam area can be clearly assigned to the associated condensation temperature, the pressure can also be determined in a particularly simple manner simply by measuring the (condensation) temperature.
Das in
Stand der Technik ist es daher, zur Druckmessung auf der Hochdruckseite bei transkritischer Prozessführung Drucksensoren zu verwenden, wobei verschiedene Sensorarten eingesetzt werden können. Alle Sensorprinzipien bestimmen den Druck indirekt darüber, dass ein Messelement dem Druck ausgesetzt wird, welches dann seine spezifischen Eigenschaften entsprechend dem Druck ändert. Diese spezifische Eigenschaft, wie z. B. eine kleine entstehende elektrische Spannung beim Piezoeffekt, wird durch eine Elektronik erfasst und in geeigneter Form an eine Steuerung oder Regelung weitergegeben. In der Druckmesstechnik gibt es bspw. die Varianten induktive, kapazitive, piezoresistive Druckmessung sowie Druckmessung per Dünnschicht- oder Dickschicht-Dehnungsmessstreifen.It is therefore state of the art to use pressure sensors for pressure measurement on the high-pressure side in transcritical process control, with different types of sensors being able to be used. All sensor principles determine the pressure indirectly by exposing a measuring element to the pressure, which then changes its specific properties according to the pressure. This specific property, such as B. a small resulting electrical voltage in the piezo effect is detected by electronics and passed on in a suitable form to a control or regulation. In pressure measurement technology, for example, there are the variants of inductive, capacitive, piezoresistive pressure measurement and pressure measurement using thin-film or thick-film strain gauges.
Drucksensoren, insbesondere für hohe Drücke, sind bedeutend teurer und störanfälliger als Temperatursensoren. Des Weiteren muss bei Montage eines Drucksensors der Kältekreis geöffnet werden.
WO 2006/ 112 924 A2 beschreibt ein Verfahren zur Optimierung des COP einer transkritisch arbeitenden Kompressionskälteanlage mit CO2 als Kältemittel. Dabei wird der COP über die Einstellung eines optimalen Hochdrucks maximiert. Die Ermittlung des optimalen Hochdrucks erfolgt in Abhängigkeit von der Gaskühler-Austrittstemperatur, d. h. zumindest bei Außentemperaturen von unter 37 °C existiert zu jeder Gaskühler-Austrittstemperatur genau ein Hochdruckwert, bei dem der COP der Anlage optimal wird, und dieser Hochdruckwert wird durch Messung der Gaskühler-Austrittstemperatur bestimmt. Allerdings muss die Abhängigkeit des optimalen Hochdruckwerts von der Gaskühler-Austrittstemperatur bei jeder Anlage experimentell bestimmt oder zumindest anhand der Leistungsdaten ihrer Komponenten, insbesondere des Kompressors und des Gaskühlers, berechnet werden. Nachteilig handelt es sich bei diesem Verfahren nicht um eine wirkliche Druckbestimmung, denn von der gemessenen Gaskühler-Austrittstemperatur allein kann zwar auf den optimalen Hochdruckwert geschlossen werden, aber nicht auf den Hochdruck, der real in der Anlage vorliegt.Pressure sensors, especially for high pressures, are significantly more expensive and more prone to failure than temperature sensors. Furthermore, the cooling circuit must be opened when installing a pressure sensor.
WO 2006/112 924 A2 describes a method for optimizing the COP of a transcritical compression refrigeration system using CO 2 as the refrigerant. The COP is maximized by setting an optimal high pressure. The optimal high pressure is determined as a function of the gas cooler outlet temperature, i.e. at least at outside temperatures below 37 °C, there is exactly one high pressure value for each gas cooler outlet temperature at which the COP of the system is optimal, and this high pressure value is determined by measuring the gas cooler -Outlet temperature determined. However, the dependency of the optimal high pressure value on the gas cooler outlet temperature must be determined experimentally for each system or at least calculated based on the performance data of its components, in particular the compressor and the gas cooler. The disadvantage of this method is that it does not actually determine the pressure, because the optimum high pressure value can be deduced from the measured gas cooler outlet temperature alone, but not the high pressure that actually exists in the system.
In ähnlicher Weise offenbart US 2014 / 0 116 075 A1 ein Verfahren zur Steuerung von transkritisch arbeitenden Kompressionskälteanlagen, das auf Anwendung einer Näherungsformel zur Ermittlung eines Referenzhochdrucks aus dem gemessenen Wert für die Austrittstemperatur des Kältemittels aus dem Gaskühler beruht. Auch hier erfolgt keine Bestimmung des real in der Anlage vorliegenden Hochdrucks.Similarly, US 2014/0 116 075 A1 discloses a method for controlling transcritical compression refrigeration systems, which is based on the use of an approximation formula for determining a reference high pressure from the measured value for the outlet temperature of the refrigerant from the gas cooler. Here, too, the high pressure actually present in the system is not determined.
Im Gegensatz dazu offenbart US 2005 / 0 066 675 A1 tatsächlich ein Verfahren zur Bestimmung des Hochdrucks des Kältemittels in einer transkritisch arbeitenden Kompressionskälteanlage, und zwar dadurch, dass diejenige Temperatur des Kältemittels im Gaskühler ermittelt wird, bei der das Kältemittel seine maximale spezifische Wärme aufweist. Dieser Temperatur wird mittels der Annahme der maximalen spezifischen Wärme ein Druckwert zugewiesen. Dabei weist das Kältemittel die maximale spezifische Wärme dort auf, wo sich seine Temperatur über die Länge des Gaskühlers am wenigsten ändert. Das Messverfahren setzt demnach voraus, dass die Temperatur des Kältemittels an mehreren Stellen entlang des Gaskühlers gemessen wird, um zu ermitteln, zwischen welchen beiden Messstellen die Temperaturänderung am geringsten ist. Als Temperatur der maximalen spezifischen Wärme wird dann der Mittelwert der Temperaturen an diesen beiden Messstellen angenommen. Um das Verfahren mit hinreichender Genauigkeit durchführen zu können, müssen also etliche äquidistante Temperaturmessstellen entlang des Gaskühlers vorgesehen werden, was nachteilig mit erheblichem Messaufwand verbunden ist.In contrast, US 2005/0 066 675 A1 actually discloses a method for determining the high pressure of the refrigerant in a transcritical compression refrigeration system, namely by determining that temperature of the refrigerant in the gas cooler at which the refrigerant has its maximum specific heat. A pressure value is assigned to this temperature using the assumption of maximum specific heat. The refrigerant has the maximum specific heat where its temperature changes least over the length of the gas cooler. The measuring method therefore requires that the temperature of the refrigerant is measured at several points along the gas cooler in order to determine between which two measuring points the temperature change is lowest. The mean value of the temperatures at these two measuring points is then assumed to be the temperature of the maximum specific heat. In order to be able to carry out the method with sufficient accuracy, a number of equidistant temperature measuring points must therefore be provided along the gas cooler, which disadvantageously involves considerable measuring effort.
Für transkritische Kältekreise ist bisher keine Möglichkeit bekannt, den Hochdruck unter Verwendung einiger weniger, günstiger Temperatursensoren zu bestimmen.For transcritical refrigeration circuits, there is no known way to determine the high pressure using a few inexpensive temperature sensors.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein vorteilhaftes Verfahren zur Druckbestimmung in Kältekreisen mit Hilfe von Temperatursensoren bereitzustellen.The object of the invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an advantageous method for determining the pressure in refrigeration circuits using temperature sensors.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Eine bevorzugte Verwendung des Verfahrens ist in Anspruch 8 angegeben.The object is achieved by a method having the features of
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung des Drucks pR* des Kältemittels in einem Kältekreis gelöst, welches zumindest folgende Schritte umfasst:
- a) Messung der Temperaturen des Kältemittels sowie des Wärmeträgerfluids jeweils am Eintritt und am Austritt aus einer Komponente des Kältekreises, in der ein Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Wärmeträgerfluid stattfindet (TR,ein, TR,aus, TW,ein, TW,aus);
- b) Messung einer Zwischentemperatur des Kältemittels TR,m und des Wärmeträgerfluids TW,m in der Komponente des Kältekreises so, dass diese Zwischentemperaturen den gleichen bis dorthin vollzogenen Wärmeübertragungsprozess, einmal bezogen auf das Kältemittel und einmal bezogen auf das Wärmeträgerfluid, erfassen;
- c) Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Druck pR und Enthalpie hR des Kältemittels, hR(pR, T = konstant), zu den gemessenen Temperaturen des Kältemittels, also T = TR,ein; T = TR,aus, T = TR,m, zumindest im für den Betrieb des Kältekreises vorgesehenen Druckbereich mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung unter Nutzung einer Stoffdatenbank;
- d) Ermittlung des zum Zeitpunkt der Messungen in den Verfahrensschritten a) und b) vorliegenden Drucks pR* durch Ermittlung der Abhängigkeit des Drucks pR des Kältemittels von einem aus der Manipulation eines Gleichungssystems mindestens zweier voneinander verschiedener Bilanzgleichungen des Wärmeübertragungsprozesses in der Komponente des Kältekreises, in der ein Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Wärmeträgerfluid stattfindet, resultierenden Zusammenhangs der Enthalpien des Kältemittels bei den in den Verfahrensschritten a) und b) ermittelten Temperaturen des Kältemittels, wobei der zum Zeitpunkt der Messungen in den Verfahrensschritten a) und b) vorliegende Zusammenhang der Enthalpien aus dem entsprechenden Zusammenhang der in den Verfahrensschritten a) und b) ermittelten Temperaturen des Wärmeträgerfluids bestimmt wird;
- a) Measurement of the temperatures of the refrigerant and the heat transfer fluid at the inlet and outlet of a component of the refrigeration circuit in which heat transfer takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid (T R,in , T R,out , T W,in , T W, off );
- b) Measurement of an intermediate temperature of the refrigerant T R,m and of the heat transfer fluid T W,m in the component of the refrigeration circuit so that these intermediate temperatures have the same heat transfer process that has taken place up to there, once based on the refrigerant and once based on the heat transfer fluid, detect;
- c) determination of the relationship between pressure p R and enthalpy h R of the refrigerant, h R (p R , T = constant), to the measured temperatures of the refrigerant, ie T = T R,in ; T=T R,out , T=T R,m , at least in the pressure range provided for the operation of the refrigeration circuit by means of a data processing device using a material database;
- d) Determination of the pressure p R * present at the time of the measurements in method steps a) and b) by determining the dependency of the pressure p R of the refrigerant on one of at least two different balance equations of the heat transfer process in the component of the refrigeration cycle resulting from the manipulation of a system of equations , in which heat transfer takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid, resulting relationship between the enthalpies of the refrigerant at the temperatures of the refrigerant determined in method steps a) and b), the relationship between the enthalpies present at the time of the measurements in method steps a) and b). is determined from the corresponding relationship between the temperatures of the heat transfer fluid determined in method steps a) and b);
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Verfahrensschritt d) folgende Unterschritte:
- di) Ermittlung der Abhängigkeit des Drucks pR vom Verhältnis der mittels zweier voneinander verschiedener Bilanzgleichungen des Wärmeübertragungsprozesses ermittelten Enthalpiedifferenzen des Kältemittels bei den in Verfahrensschritten a) und b) ermittelten Temperaturen des Kältemittels unter Nutzung des in Verfahrensschritt c) ermittelten Zusammenhangs zwischen Druck pR und Enthalpie hR des Kältemittels zumindest für den für den Betrieb des Kältekreises vorgesehenen Druckbereich;
- dii) Ermittlung des zum Zeitpunkt der Messungen in den Verfahrensschritten a) und b) vorliegenden Verhältnisses der Enthalpiedifferenzen aus dem über die genannten Bilanzgleichungen ermittelten entsprechenden Verhältnis von Differenzen der Temperaturen des Wärmeträgerfluids und Zuordnung mindestens eines Druckwerts pR* zu diesem Verhältnis der Enthalpiedifferenzen unter Nutzung des in Verfahrensschritt di) ermittelten Zusammenhangs zwischen dem Druck pR und dem Verhältnis der Enthalpiedifferenzen;
- di) Determination of the dependence of the pressure p R on the ratio of the enthalpy differences of the refrigerant determined by means of two different balance equations of the heat transfer process at the temperatures of the refrigerant determined in method steps a) and b) using the relationship between pressure p R and determined in method step c). Enthalpy h R of the refrigerant at least for the pressure range intended for the operation of the refrigeration circuit;
- dii) Determination of the ratio of the enthalpy differences present at the time of the measurements in method steps a) and b) from the corresponding ratio of differences in the temperatures of the heat transfer fluid determined using the balance equations mentioned and assignment of at least one pressure value p R * to this ratio of the enthalpy differences using use the relationship determined in method step di) between the pressure p R and the ratio of the enthalpy differences;
Die beschriebenen Unterschritte di) und dii) können beispielsweise folgendermaßen durchgeführt werden:
- di') Ermittlung der Abhängigkeit des Drucks pR vom Verhältnis der Differenz zwischen den Enthalpien bei TR,ein und TR,m und der Differenz zwischen den Enthalpien bei TR,aus und TR,m, unter Nutzung des in Verfahrensschritt c) ermittelten Zusammenhangs zwischen Druck pR und Enthalpie hR des Kältemittels zumindest für den für den Betrieb des Kältekreises vorgesehenen Druckbereich;
- dii') Ermittlung des zum Zeitpunkt der Messungen in den Verfahrensschritten a) und b) vorliegenden Verhältnisses der Enthalpiedifferenzen des Kältemittels aus dem entsprechenden Verhältnis der Differenz zwischen TW,ein und TW,m und der Differenz zwischen TW,aus und 7W,m, und Zuordnung mindestens eines Druckwerts pR* zu diesem Verhältnis der Enthalpiedifferenzen, unter Nutzung der in Verfahrensschritt di') ermittelten Abhängigkeit des Drucks pR von dem Verhältnis der Enthalpiedifferenzen;
- di′) determining the dependency of the pressure p R on the ratio of the difference between the enthalpies at T R,in and T R,m and the difference between the enthalpies at T R,out and T R,m , using the method in step c ) determined relationship between pressure p R and enthalpy h R of the refrigerant at least for the pressure range provided for the operation of the refrigeration circuit;
- dii') Determination of the ratio of the enthalpy differences of the refrigerant at the time of the measurements in method steps a) and b) from the corresponding ratio of the difference between TW,in and TW ,m and the difference between TW ,out and 7 W ,m , and assignment of at least one pressure value p R * to this ratio of the enthalpy differences, using the dependence of the pressure p R on the ratio of the enthalpy differences determined in method step di′);
Dabei ist unter einer Temperaturmessung am Eintritt in eine und am Austritt aus einer Komponente des Kältekreises, in der ein Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Wärmeträgerfluid stattfindet, die Messung der Temperatur an einer Position im Kältekreis zu verstehen, die sich zwischen der letzten kältemitteltemperaturbeeinflussenden Komponente und der Komponente des Kältekreises, in der ein Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Wärmeträgerfluid stattfindet, befindet. Eine kältemitteltemperaturbeeinflussende Komponente ist z. B. der Verdichter. Die Messung der Temperatur kann auf dem Fachmann bekannte Weise mit handelsüblichen Temperatursensoren, z. B. Widerstandsthermometern oder Thermoelementen, durchgeführt werden.A temperature measurement at the entrance to and at the exit from a component of the refrigeration circuit, in which heat transfer takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid, is to be understood as measuring the temperature at a position in the refrigeration circuit that is between the last component that influences the temperature of the refrigerant and the component of the refrigeration circuit, in where heat transfer takes place between refrigerant and heat transfer fluid. A refrigerant temperature influencing component is z. B. the compressor. The temperature can be measured in a manner known to those skilled in the art using commercially available temperature sensors, e.g. B. resistance thermometers or thermocouples are carried out.
Die Verfahrensschritte a) und b) können zeitgleich durchgeführt werden.Process steps a) and b) can be carried out simultaneously.
Die Komponente des Kältekreises, in der ein Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Wärmeträgerfluid stattfindet, ist weitestgehend thermisch von der Umgebung isoliert, so dass die vom Kältemittel abgegebene Wärme weitestgehend vollständig vom Wärmeträgerfluid aufgenommen wird. Die Komponente des Kältekreises, in der ein Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Wärmeträgerfluid stattfindet, wird im Folgenden auch als Wärmeübertrager bezeichnet. Der Begriff „Wärmeübertrager“ umfasst im Sinne dieser Erfindung auch eine Reihenschaltung von zwei oder mehr Wärmeübertragerelementen, in denen jeweils ein Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Wärmeträgerfluid stattfindet.The component of the refrigeration circuit in which heat transfer takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid is largely thermally insulated from the environment, so that the heat given off by the refrigerant is largely completely absorbed by the heat transfer fluid. The component of the refrigeration circuit in which heat transfer takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid is also referred to below as the heat exchanger. In the context of this invention, the term “heat exchanger” also includes a series connection of two or more heat exchanger elements, in each of which heat transfer takes place between refrigerant and heat transfer fluid.
Die Messstelle der Zwischentemperatur des Kältemittels TR,m und die Messstelle der Zwischentemperatur des Wärmeträgerfluids TW,m ist jeweils so zu wählen, dass diese Zwischentemperaturen den gleichen bis dorthin vollzogenen Wärmeübertragungsprozess, einmal bezogen auf das Kältemittel und einmal bezogen auf das Wärmeträgerfluid, erfassen. Das heißt, der vom Eintritt des Kältemittels in den Wärmeübertrager bis zur Messstelle der Zwischentemperatur des Kältemittels an das Wärmeträgerfluid abgegebene Wärmestrom muss gleich sein dem von der Messstelle der Zwischentemperatur des Wärmeträgerfluids bis zum Austritt des Wärmeträgerfluids aus dem Wärmeübertrager aufgenommene Wärmestrom. Analog gilt, dass der von der Messtelle der Zwischentemperatur des Kältemittels bis zum Austritt des Kältemittels aus dem Wärmeübertrager an das Wärmeträgerfluid abgegebene Wärmestrom gleich sein muss dem vom Eintritt des Wärmeträgerfluids in den Wärmeübertrager bis zur Messstelle der Zwischentemperatur des Wärmeträgerfluids aufgenommene Wärmestrom. Die Messung der Zwischentemperatur erlaubt die Bilanzierung der Wärmeübertragung in zwei separaten Teilprozessen mit jeweils eigenem Wärmestrom. Umfasst der Wärmeübertrager z. B. zwei in Reihe geschaltete Wärmeübertragerelemente, kann die Zwischentemperatur vorteilhaft zwischen den beiden Wärmeübertragerelementen gemessen werden.The measuring point for the intermediate temperature of the refrigerant T R,m and the measuring point for the intermediate temperature of the heat transfer fluid T W,m must be selected in such a way that these intermediate temperatures record the same heat transfer process that has taken place up to that point, once in relation to the refrigerant and once in relation to the heat transfer fluid . This means that the heat flow released from the refrigerant entering the heat exchanger to the measuring point of the intermediate temperature of the refrigerant to the heat transfer fluid must be equal to the heat flow absorbed from the measuring point of the intermediate temperature of the heat transfer fluid to the exit of the heat transfer fluid from the heat exchanger. Similarly, the heat flow transferred from the measuring point of the intermediate temperature of the refrigerant to the point at which the refrigerant exits the heat exchanger to the heat transfer fluid must be equal to the heat flow absorbed from the entry of the heat transfer fluid into the heat exchanger to the measuring point of the intermediate temperature of the heat transfer fluid. The measurement of the intermediate temperature allows the heat transfer to be balanced in two separate sub-processes, each with its own heat flow. Does the heat exchanger z. B. two series-connected heat exchanger elements, the intermediate temperature can be advantageously measured between the two heat exchanger elements.
Es müssen also folgende Bedingungen erfüllt sein:
Es gelten die folgenden Bilanzgleichungen des Wärmeübertragungsprozesses:
Dabei ist ṁR der Kältemittelmassenstrom; hR,ein die Enthalpie des Kältemittels bei Eintritt in den Wärmeübertrager; hR,m die Enthalpie des Kältemittels an der Messstelle der Zwischentemperatur des Kältemittels; hR,aus die Enthalpie des Kältemittels bei Austritt aus dem Wärmeübertrager; ṁw der Wärmeträgerfluidmassenstrom; cp,w die spezifische Wärme des Wärmeträgerfluids bei konstantem Druck; TW,aus die Temperatur des Wärmeträgerfluids bei Austritt aus dem Wärmeübertrager; TW,m die Zwischentemperatur des Wärmeträgerfluids und Tw,ein die Temperatur des Wärmeträgerfluids bei Eintritt in den Wärmeübertrager.where ṁ R is the refrigerant mass flow; h R,in is the enthalpy of the refrigerant entering the heat exchanger; h R,m is the enthalpy of the refrigerant at the measuring point of the intermediate temperature of the refrigerant; h R,aus is the enthalpy of the refrigerant when it leaves the heat exchanger; ṁ w is the heat transfer fluid mass flow; c p,w is the specific heat of the heat transfer fluid at constant pressure; T W,out is the temperature of the heat transfer fluid when it leaves the heat exchanger; T W,m is the intermediate temperature of the heat transfer fluid and T w,in is the temperature of the heat transfer fluid entering the heat exchanger.
Durch Dividieren von Gleichung (1') durch Gleichung (2'), wobei Dividend und Divisor auch umgekehrt gewählt werden können, folgt:
Das Verhältnis der auf die zwei separaten Teilprozesse der Wärmeübertragung bezogenen Enthalpiedifferenzen des Kältemittels entspricht also dem Verhältnis der jeweils aus den entsprechenden Temperaturmesswerten ermittelten Temperaturdifferenzen des Wärmeträgerfluids.The ratio of the enthalpy differences of the refrigerant related to the two separate sub-processes of heat transfer therefore corresponds to the ratio of the temperature differences of the heat transfer fluid determined from the corresponding measured temperature values.
Es versteht sich von selbst, dass beispielsweise auch die Verwendung anderer Bilanzgleichungen, z. B. ṁR(hR,ein - hR,aus) = ṁWcp,w(TW,aus - TW,ein), anstatt von Gleichung (1') oder (2'), oder einer anderen Vorzeichenkonvention zur Berechnung der Wärmeströme gemäß den Gleichungen (1') und (2') im Sinne der Erfindung möglich ist, sofern diese konsistent angewendet wird, z. B. ΔhR,1 = hR,m - hR,ein und ΔTW,2 = TW,m - TW,aus..It goes without saying that the use of other balance equations, e.g. B. ṁ R (h R,in - h R,out ) = ṁ W c p,w (T W,out - T W,in ), instead of equation (1') or (2'), or another A sign convention for calculating the heat flows according to equations (1') and (2') is possible within the meaning of the invention, provided that it is applied consistently, e.g. Δh R,1 = h R,m - h R,in and ΔT W,2 = T W,m - T W,off ..
Verfahrensschritt c) umfasst die Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Druck pR und Enthalpie hR des Kältemittels zumindest in dem Druckbereich, der für den Betrieb des Kältekreises vorgesehen ist, bei den gemessenen Temperaturen des Kältemittels TR,ein, TR,m, TR,aus, also hR(pR) bei T = TR,ein ; hR(pR) bei T = TR,m; hR(pR) bei T = TR,aus ; unter Zuhilfenahme einer Stoffdatenbank. Geeignete Stoffdatenbanken sind dem Fachmann bekannt, z. B. die Stoffdatenbank des NIST (National Institute of Standards and Technology) unter webbook.nist.gov.Method step c) includes determining the relationship between pressure p R and enthalpy h R of the refrigerant at least in the pressure range that is provided for the operation of the refrigeration circuit, at the measured temperatures of the refrigerant T R , in , T R,m , T R ,off , i.e. h R (p R ) at T = T R, on ; h R (p R ) at T = T R,m ; h R (p R ) at T = T R,off ; with the help of a substance database. Suitable substance databases are known to those skilled in the art, e.g. B. the substance database of the NIST (National Institute of Standards and Technology) at webbook.nist.gov.
Der in Verfahrensschritt c) ermittelte Zusammenhang zwischen Druck pR und Enthalpie hR des Kältemittels bei den gemessenen Temperaturen des Kältemittels wird in Verfahrensschritt d) genutzt, um den Zusammenhang zwischen dem Druck pR und dem Verhältnis der Enthalpiedifferenzen ΔhR,1/ΔhR,2 zu berechnen. Das heißt, dass zumindest im für den Betrieb des Kältekreises vorgesehenen Druckbereich aus den in einer Stoffdatenbank für das Kältemittel hinterlegten Werten der Zusammenhang zwischen Druck und ΔhR,1/ΔhR,2, wobei gilt ΔhR,1 = hR(TR,ein) - hR(TR,m) bei einem Druckwert pR und ΔhR,2 = hR(TR,m) - hR(TR,aus) bei demselben Druckwert pR, berechnet wird.The relationship between pressure p R and enthalpy h R of the refrigerant determined in method step c) at the measured temperatures of the refrigerant is used in method step d) to determine the relationship between pressure p R and the ratio of the enthalpy differences Δ hR,1 /Δ hR ,2 to calculate. This means that at least in the pressure range intended for the operation of the refrigeration circuit, the relationship between pressure and Δh R,1 /Δh R,2 from the values stored in a substance database for the refrigerant, where Δh R,1 = h R (T R , on ) - h R (T R,m ) at a pressure value p R and Δh R,2 = h R (T R,m ) - h R (T R,off ) at the same pressure value p R .
Das zum Zeitpunkt der Temperaturmessungen vorliegende Verhältnis der Enthalpiedifferenzen wird unter Ausnutzung von Gleichung (3) aus den gemessenen Temperaturen des Wärmeträgerfluids berechnet, also ΔhR,1/ΔhR,2 = ΔTW,2/ΔTW,1 Aus dem in Verfahrensschritt d) ermittelten Zusammenhang zwischen dem Druck pR und dem Verhältnis der Enthalpiedifferenzen ΔhR,1/ΔhR,2 kann nun der zum Zeitpunkt der Temperaturmessungen vorliegende, zu bestimmende Druck pR* des Kältemittels über pR* = pR(ΔhR,1/ΔhR,2 = ΔTW,2/ΔTW,1) ermittelt werden.The ratio of the enthalpy differences at the time of the temperature measurements is calculated using equation (3) from the measured temperatures of the heat transfer fluid, i.e. Δ hR,1 /Δ hR,2 = ΔT W,2 /ΔT W,1 From the method step d ) determined relationship between the pressure p R and the ratio of the enthalpy differences Δ hR,1 /Δ hR,2 , the pressure p R * of the refrigerant to be determined at the time of the temperature measurements can now be determined via p R * = p R (Δh R, 1 /Δh R,2 = ΔT W,2 /ΔT W,1 ).
Dabei kann es vorkommen, dass dem Verhältnis der Enthalpiedifferenzen ΔhR,1/Δ/hR,2 = ΔTW,2/ΔTW,1 mehr als ein Druckwert zugeordnet werden kann. Um falsche Druckwerte auszuschließen und den zum Zeitpunkt der Temperaturmessungen tatsächlich im Kältekreis vorliegenden Druck pR*zu bestimmen, wird in diesem Fall eine Plausibilitätsprüfung, z. B. anhand von Kreisprozessbetrachtungen durch Bilanzierung von Energie bzw. Enthalpien, durchgeführt. Eine vorteilhafte Möglichkeit dafür ist der Vergleich der Enthalpiedifferenzen über eine weitere im Kältekreis vorhandene Komponente mit Wärmeübertragung, in dessen eine Seite das Kältemittel mit dem Druck pR* einströmt, beispielsweise einem inneren Wärmeübertrager. So muss in Kältekreisen ohne Aufteilung des Kältemittelmassenstroms die Enthalpieänderung des Kältemittels auf der Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers der Enthalpieänderung des Kältemittels auf der Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers entsprechen. Zur Bestimmung der Enthalpieänderung müssen zusätzlich zum zu prüfenden Druck pR* die Temperaturen des Kältemittels am Eintritt und Austritt aus dem inneren Wärmeübertrager sowie der Druck im Kältekreis auf der anderen, nicht pR* aufweisenden, Seite des Wärmeübertragers bekannt sein.It can happen that the ratio of the enthalpy differences Δh R,1 /Δ/h R,2 = ΔT W,2 /ΔT W,1 can be assigned more than one pressure value. In this case, a plausibility check, e.g. B. on the basis of cycle process considerations by balancing energy or enthalpies. An advantageous possibility for this is the comparison of the enthalpy differences over another component present in the refrigeration circuit with heat transfer, into one side of which the refrigerant flows with the pressure p R *, for example an internal heat exchanger. In refrigeration circuits without splitting the refrigerant mass flow, the enthalpy change of the refrigerant on the high-pressure side of the internal heat exchanger must correspond to the enthalpy change of the refrigerant on the low-pressure side of the internal heat exchanger. In order to determine the enthalpy change, in addition to the pressure p R * to be tested, the temperatures of the refrigerant at the inlet and outlet of the internal heat exchanger and the pressure in the refrigeration circuit on the other side of the heat exchanger that does not have p R * must be known.
Auch für Kältekreise mit Varianten wie einer Zwischeneinspritzung oder mehrstufigen Verdichtung des Kältemittels sind dem Fachmann ohne Weiteres geeignete Möglichkeiten für Plausibilitätsbetrachtungen geläufig.The person skilled in the art is also readily familiar with suitable options for plausibility considerations for refrigeration circuits with variants such as an intermediate injection or multi-stage compression of the refrigerant.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt vorteilhaft die Bestimmung des Drucks, besonders vorteilhaft des Hochdrucks, in einem Kältekreis unter Nutzung von handelsüblichen Temperatursensoren, ohne dass teure und anfällige Druckmesstechnik verwendet werden muss.The method according to the invention advantageously allows the pressure, particularly advantageously the high pressure, to be determined in a refrigeration circuit using commercially available temperature sensors without having to use expensive and susceptible pressure measurement technology.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft in einen Algorithmus eingebettet werden, wobei die benötigten Zusammenhänge zwischen Temperatur, Druck und Enthalpie z. B. aus einem mehrdimensionalen Kennfeld abgefragt werden können, so dass das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne unmittelbaren Zugriff auf eine Stoffdatenbank ausgeführt werden kann.The method according to the invention can advantageously be embedded in an algorithm, the required relationships between temperature, pressure and enthalpy z. B. can be queried from a multi-dimensional map, so that the inventive method can be performed without direct access to a substance database.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Kältekreis ein Kältekreis mit transkritischer Prozessführung.In one embodiment of the method according to the invention, the refrigeration cycle is a refrigeration cycle with transcritical process management.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens findet der Wärmeübergang zwischen dem Kältemittel und dem Wärmeträgerfluid ohne Phasenwechsel zumindest des Kältemittels statt. Da in diesem Fall keine eineindeutige Beziehung zwischen Druck und Temperatur herrscht und der Druck nicht mit Hilfe dieser Beziehung aus einem Temperaturmesswert bestimmt werden kann, weist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besondere Vorteile auf.In a further embodiment of the method according to the invention, the heat transfer between the refrigerant and the heat transfer fluid takes place without a phase change of at least the refrigerant. Since in this case there is no one-to-one relationship between pressure and temperature and the pressure cannot be determined from a measured temperature value with the aid of this relationship, the use of the method according to the invention has particular advantages.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Komponente des Kältekreises, in der ein Wärmeübergang zwischen dem Kältemittel und dem Wärmeträgerfluid stattfindet, ein Gaskühler.In a further embodiment of the method according to the invention, the component of the refrigeration circuit in which heat transfer takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid is a gas cooler.
Auch in Kältekreisen, in denen die Komponente, in der ein Wärmeübergang zwischen dem Kältemittel und dem Wärmeträgerfluid stattfindet und der Druck auf der Kältemittelseite bestimmt werden soll, insbesondere der Gaskühler oder der Kondensator, nicht für Temperaturmessungen zugänglich ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren z. B. durch Einfügung einer Parallelstrecke im Kältemittelstrom, angewendet werden. Bei dieser Parallelstrecke kann es sich z. B. um einen zweigeteilten Bypasswärmeübertrager handeln, vorteilhaft um einen z. T. standardmäßig vorgesehenen Entmischungsverhinderer.The method according to the invention can also be used in refrigeration circuits in which the component in which heat transfer takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid and the pressure on the refrigerant side is to be determined, in particular the gas cooler or the condenser, is not accessible for temperature measurements. B. by inserting a parallel section in the refrigerant flow. At this parallel street cke it can be e.g. B. be a two-part bypass heat exchanger, advantageously a z. T. anti-segregation devices provided as standard.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf Wärmeübertragungsprozesse angewendet werden, bei denen die Komponente, in der ein Wärmeübergang zwischen dem Kältemittel und dem Wärmeträgerfluid stattfindet und der Druck auf der Kältemittelseite bestimmt werden soll, ein Wärmeübertrager aus zwei oder mehr in Reihe geschalteten Wärmeübertragerelementen ist, wobei die Wärmeübertragerelemente mit unterschiedlichem Massestrom arbeiten. Hierbei ist lediglich das entsprechende Verhältnis der Masseströme in Gleichung (3) einzufügen und in den folgenden Verfahrensschritten zu berücksichtigen.The method according to the invention can also be applied to heat transfer processes in which the component in which heat transfer takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid and the pressure on the refrigerant side is to be determined is a heat exchanger made up of two or more heat exchanger elements connected in series, the Heat exchanger elements work with different mass flow. Here, only the corresponding ratio of the mass flows has to be inserted into equation (3) and taken into account in the following process steps.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Kältemittel CO2 (R744).In a further embodiment of the method according to the invention, the refrigerant is CO 2 (R744).
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Monitoring, speziell für die Energiebilanzierung, von Kälteanlagen oder Wärmepumpen. Daher betrifft eine bevorzugte Verwendung eines solchen Verfahrens die Verwendung für ein Kälteanlagensystem oder ein Wärmepumpensystem. Bevorzugt kann das erfindungsgemäße Verfahren zum hochdrucksensorfreien Monitoring transkritischer Wärmepumpensysteme verwendet werden.The method according to the invention is particularly suitable for monitoring, specifically for energy balancing, of refrigeration systems or heat pumps. Therefore, a preferred use of such a method relates to use for a refrigeration system or a heat pump system. The method according to the invention can preferably be used for monitoring transcritical heat pump systems without a high-pressure sensor.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich außerdem auch zur Betriebspunktoptimierung von Kälteanlagensystemen oder Wärmepumpensystemen, insbesondere zur Ermittlung des optimalen Hochdrucks in den Anlagen.The method according to the invention is also suitable for optimizing the operating point of refrigeration system systems or heat pump systems, in particular for determining the optimal high pressure in the systems.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden Ausführungsformen. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die speziell beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein, sofern sich die Einzelmerkmale nicht gegenseitig ausschließen, oder eine spezifische Kombination von Einzelmerkmalen nicht explizit ausgeschlossen ist.The invention is not limited to the illustrated and described embodiments, but also includes all embodiments that have the same effect within the meaning of the invention. Furthermore, the invention is not limited to the combinations of features specifically described, but can also be defined by any other combination of specific features of all individual features disclosed overall, provided that the individual features are not mutually exclusive, or a specific combination of individual features is not explicitly excluded.
Die Erfindung wird im Folgenden durch Ausführungsbeispiele anhand von Figuren erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein.The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to figures, without being restricted to these.
Dabei zeigt die
-
1 das Grundfließschema einer transkritisch arbeitenden Wärmepumpe mit innerem Wärmeübertrager sowie das zugehörige Druck-Enthalpie-Diagramm, -
2a die prinzipielle Anordnung der Temperatursensoren an einem Gaskühler, -
2b die prinzipielle Anordnung der Temperatursensoren an einem Gaskühler, der zwei in Reihe geschaltete Gaskühlerelemente 1' und 1" umfasst, -
3 das Druck-Enthalpie-Diagramm für CO2 mit den Isothermen der Eintrittstemperatur in den Gaskühler, der Zwischentemperatur im Gaskühler und der Austrittstemperatur aus dem Gaskühler für CO2 in einem beispielhaften Kältekreis, -
4 die Abhängigkeit des Drucks vom Verhältnis der aus3 entnommenen Enthalpiedifferenzen, -
5 die Anordnung von Temperatursensoren am inneren Wärmeübertrager, -
6 einen Ausschnitt des Druck-Enthalpie-Diagramms der 3 zur Erläuterung der Plausibilitätsprüfung.
-
1 the basic flow diagram of a transcritical heat pump with an internal heat exchanger and the associated pressure-enthalpy diagram, -
2a the basic arrangement of the temperature sensors on a gas cooler, -
2 B the basic arrangement of the temperature sensors on a gas cooler, which comprises two gascooler elements 1' and 1" connected in series, -
3 the pressure-enthalpy diagram for CO 2 with the isotherms of the inlet temperature in the gas cooler, the intermediate temperature in the gas cooler and the outlet temperature from the gas cooler for CO 2 in an exemplary refrigeration cycle, -
4 the dependence of the pressure on the ratio of the out3 extracted enthalpy differences, -
5 the arrangement of temperature sensors on the internal heat exchanger, -
6 a section of the pressure-enthalpy diagram3 to explain the plausibility check.
Die
- - der Eintrittstemperatur des Wärmeträgerfluids in
den Gaskühler 1, TW,ein; - - der Zwischentemperatur des
Wärmeträgerfluids im Gaskühler 1, Tw,m; - - der Austrittstemperatur des Wärmeträgerfluids aus
dem Gaskühler 1, TW,aus; - - der Eintrittstemperatur des Kältemittels in
den Gaskühler 1, TR,ein; - - der Zwischentemperatur des
Kältemittels im Gaskühler 1, TR,m, - - der Austrittstemperatur des Kältemittels aus
dem Gaskühler 1, TR,aus .
- - The inlet temperature of the heat transfer fluid in the
gas cooler 1, T W, ein ; - - the intermediate temperature of the heat transfer fluid in the
gas cooler 1, T w,m ; - - The outlet temperature of the heat transfer fluid from the
gas cooler 1, T W, from ; - - the inlet temperature of the refrigerant in the
gas cooler 1, T R,in ; - - the intermediate temperature of the refrigerant in
gas cooler 1, T R,m , - - The outlet temperature of the refrigerant from the
gas cooler 1, T R,aus .
Vorteilhaft können in
Wie
Die Plausibilitätsprüfung wird am Beispiel einer Wärmepumpe mit innerem Wärmeübertrager durch Vergleich der Enthalpieänderungen auf den zwei Seiten des inneren Wärmeüberträgers durchgeführt. Die Erläuterung der Plausibilitätsprüfung erfolgt anhand des zugehörigen, in
- - die der Eintrittstemperatur des Kältemittels in das Expansionsventil entsprechende Temperatur TEx,ein;
- - die der Austrittstemperatur des Kältemittels aus dem Verdampfer entsprechende Temperatur To,aus;
- - die der Eintrittstemperatur des Kältemittels in den Verdichter entsprechende Temperatur TV,ein.
- - the temperature T Ex, in corresponding to the temperature at which the refrigerant enters the expansion valve;
- - the temperature T o,out corresponding to the outlet temperature of the refrigerant from the evaporator;
- - the temperature T V, in corresponding to the inlet temperature of the refrigerant into the compressor.
Für den zum Zeitpunkt der Temperaturmessungen vorliegenden Hochdruck müssen die Enthalpieänderungen auf der Hochdruckseite 9 und auf der Niederdruckseite 10 des inneren Wärmeübertragers 2 gleich sein. Wie
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Gaskühlergas cooler
- 1', 1"1', 1"
- Gaskühlerelementegas cooler elements
- 22
- Innerer WärmeübertragerInternal heat exchanger
- 33
- Expansionsventilexpansion valve
- 44
- VerdampferEvaporator
- 55
- Verdichtercompressor
- 66
- Nassdampfgebietwet steam area
- 77
- Kältemittelseiterefrigerant side
- 88th
- Wärmeträgerfluidseiteheat transfer fluid side
- 99
- Hochdruckseitehigh pressure side
- 1010
- Niederdruckseitelow pressure side
- α, β, γ, δ, ε, ζα, β, γ, δ, ε, ζ
- Zustände im KältekreisConditions in the refrigeration circuit
- TW,einTW, a
- Eintrittstemperatur des Wärmeträgerfluids in den GaskühlerInlet temperature of the heat transfer fluid in the gas cooler
- TW,mTW, w
- Zwischentemperatur des Wärmeträgerfluids im GaskühlerIntermediate temperature of the heat transfer fluid in the gas cooler
- TW,ausTW, off
- Austrittstemperatur des Wärmeträgerfluids aus dem GaskühlerOutlet temperature of the heat transfer fluid from the gas cooler
- TR,einTR,a
- Eintrittstemperatur des Kältemittels in des GaskühlerInlet temperature of the refrigerant in the gas cooler
- TR,mTR, w
- Zwischentemperatur des Kältemittels im GaskühlerIntermediate temperature of the refrigerant in the gas cooler
- TR,ausTR, out
- Austrittstemperatur des Kältemittels aus dem GaskühlerOutlet temperature of the refrigerant from the gas cooler
- 7'Ex,ein7'Ex,a
- Eintrittstemperatur des Kältemittels in das ExpansionsventilInlet temperature of the refrigerant in the expansion valve
- To,ausHey, off
- Austrittstemperatur des Kältemittels aus dem VerdampferOutlet temperature of the refrigerant from the evaporator
- TV,einTV, a
- Eintrittstemperatur des Kältemittels in den VerdichterInlet temperature of the refrigerant in the compressor
- pHDpHD
- Hochdruck des Kältemittelshigh pressure of the refrigerant
- pNDpND
- Niederdruck des Kältemittelslow pressure of the refrigerant
- pRPR
- Druck des Kältemittelspressure of the refrigerant
- pR'pR'
- Erster Wert für den Hochdruck des KältemittelsFirst value for the high pressure of the refrigerant
- pR''pR''
- Zweiter Wert für den Hochdruck des KältemittelsSecond value for the high pressure of the refrigerant
- pR*PR*
- Zu bestimmender Druck des KältemittelsRefrigerant pressure to be determined
- hRMr
- Enthalpie des Kältemittelsenthalpy of the refrigerant
- ΔhNDΔhND
- Enthalpie auf der Niederdruckseite des inneren WärmeübertragersEnthalpy on the low-pressure side of the internal heat exchanger
- ΔhHD'ΔhHD'
- Enthalpie auf der Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers bei pR'Enthalpy on the high-pressure side of the internal heat exchanger at p R '
- ΔhHD''ΔhHD''
- Enthalpie auf der Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers bei pR''Enthalpy on the high-pressure side of the internal heat exchanger at p R ''
- ΔhR,1ΔhR,1
- Enthalpiedifferenz bei Temperaturänderung von TR,ein auf TR,m bei pR Enthalpy difference with temperature change from T R, in to T R,m at p R
- ΔhR,2ΔhR,2
- Enthalpiedifferenz bei Temperaturänderung von TR,m auf TR,aus bei pR Enthalpy difference with temperature change from T R,m to T R,off at p R
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019135437.4A DE102019135437B4 (en) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | Process for indirectly determining pressure in refrigeration circuits |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019135437.4A DE102019135437B4 (en) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | Process for indirectly determining pressure in refrigeration circuits |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019135437A1 DE102019135437A1 (en) | 2021-06-24 |
DE102019135437B4 true DE102019135437B4 (en) | 2022-02-03 |
Family
ID=76206331
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019135437.4A Active DE102019135437B4 (en) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | Process for indirectly determining pressure in refrigeration circuits |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102019135437B4 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023043363A1 (en) * | 2021-09-20 | 2023-03-23 | Qvantum Industries Ab | A heat pump for heating or cooling, a method, and a computer program product therefor |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050066675A1 (en) | 2003-09-25 | 2005-03-31 | Manole Dan M. | Method and apparatus for determining supercritical pressure in a heat exchanger |
WO2006112924A2 (en) | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Carrier Corporation | Method of determining optimal coefficient of performance in a transcritical vapor compression system |
US20140116075A1 (en) | 2011-07-05 | 2014-05-01 | Danfoss A/S | Method for controlling operation of a vapour compression system in a subcritical and a supercritical mode |
EP2196740B1 (en) | 2008-12-11 | 2014-10-29 | Emerson Climate Technologies GmbH | Method for determining the performance of a cooling machine |
-
2019
- 2019-12-20 DE DE102019135437.4A patent/DE102019135437B4/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050066675A1 (en) | 2003-09-25 | 2005-03-31 | Manole Dan M. | Method and apparatus for determining supercritical pressure in a heat exchanger |
WO2006112924A2 (en) | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Carrier Corporation | Method of determining optimal coefficient of performance in a transcritical vapor compression system |
EP2196740B1 (en) | 2008-12-11 | 2014-10-29 | Emerson Climate Technologies GmbH | Method for determining the performance of a cooling machine |
US20140116075A1 (en) | 2011-07-05 | 2014-05-01 | Danfoss A/S | Method for controlling operation of a vapour compression system in a subcritical and a supercritical mode |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Zitieren von Internetquellen. In: NIST Chemistry WebBook.Governed by Standard Reference Data Act. Bearbeitungsstand: 2018. URL: https://webbook.nist.gov/ [abgerufen am 26.05.2020] |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102019135437A1 (en) | 2021-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60320060T2 (en) | Method for operating a transcritical cooling system | |
DE69532003T2 (en) | Cooling air conditioner with non-azeotropic refrigerant and a control information acquisition device | |
DE2545606C2 (en) | Method for operating a cooling system and cooling system for carrying out the method | |
EP2196740B1 (en) | Method for determining the performance of a cooling machine | |
DE102017218424A1 (en) | Method for operating a refrigerant circuit and vehicle refrigeration system | |
DE102019135437B4 (en) | Process for indirectly determining pressure in refrigeration circuits | |
DE102011108970A1 (en) | Low-temperature power plant has pressure equalizing valve and control valve that are arranged on relaxation side of turbine | |
EP2526353B1 (en) | Method for controlling and regulating heat pumps and cooling systems | |
DE19818627C5 (en) | A method of conditioning air by adjusting the temperature and humidity in an air conditioning cabinet by means of a refrigeration cycle and refrigeration cycle | |
DE102015010552B3 (en) | Method for operating an air conditioning system for a vehicle | |
DE102015007564B4 (en) | Method for operating an air conditioning system | |
DE102012208819B4 (en) | METHOD FOR CONTROLLING AND CONTROLLING REFRIGERATION PLANTS AND HEAT PUMPS WITH AIRBREAKED EVAPORATOR | |
AT522875B1 (en) | Method for controlling an expansion valve | |
DE69914715T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE COMPOSITION OF TERNARY COOLANTS | |
DE102014200820A1 (en) | Method for producing a heat exchanger having at least one heat transfer surface | |
DE102013113221A1 (en) | Inner heat exchanger with variable heat transfer | |
DE102019121519A1 (en) | Efficiency-optimized cooling circuit for electric vehicles | |
EP0866291B1 (en) | Compression heat pump or compression cooling machine and control method therefor | |
DE102008043823A1 (en) | heat pump system | |
DE202006014246U1 (en) | Cold vapor refrigerating machine | |
DE102013203240A1 (en) | Refrigerating machine and method for operating a refrigerating machine | |
DE102020115265A1 (en) | Method for operating a compression refrigeration system and compression refrigeration system | |
DE102016112100B4 (en) | Method for determining the torque of a compressor | |
WO2014131591A1 (en) | Heat pump and method for operating a heat pump | |
DE102020130850B3 (en) | Method for detecting leaks in a refrigeration circuit of a compression refrigeration machine and leak detection system |
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 |