DE3500800A1 - TWO-STAGE REFRIGERANT SYSTEM - Google Patents

TWO-STAGE REFRIGERANT SYSTEM

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DE3500800A1
DE3500800A1 DE19853500800 DE3500800A DE3500800A1 DE 3500800 A1 DE3500800 A1 DE 3500800A1 DE 19853500800 DE19853500800 DE 19853500800 DE 3500800 A DE3500800 A DE 3500800A DE 3500800 A1 DE3500800 A1 DE 3500800A1
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compressor
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Description

BESCHREIBUNG:DESCRIPTION:

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit Kältemittel- und Klimaanlagen, die mehrstufige Verdichter verwenden, und bezieht sich insbesondere auf einen Kältemittelkreis, der einen Ekonomizer benutzt, um das kondensierte Kältemittel zu unterkühlen, ehe es im Verdampfer verdampft wird.The invention is generally concerned with refrigerant and Air conditioning systems that use multi-stage compressors, and specifically refers to a refrigerant circuit that uses an economizer to subcool the condensed refrigerant before it is evaporated in the evaporator.

Supermärkte verwenden heutzutage typischerweise drei parallel geschaltete, einstufige Verdichter, die in Abhängigkeit vom Ansaugdruck ein- und abgeschaltet werden. Derartige Anlagen haben typischerweise keinen Ekonomizer, und daher ist der Wirkungsgrad niedrig, da die Druckverhältnisse hoch sind, und die Verdichter werden häufig ein- und ausgeschaltet, und die Ansaugdruck-Regelbreite ist relativ groß. Diese Faktoren haben einen schlechten Wirkungsgrad und einen Verlust an Funktionssicherheit zur Folge.Supermarkets these days typically use three in parallel switched, single-stage compressors that are switched on and off depending on the suction pressure. Such Systems typically do not have an economizer, and therefore the efficiency is low because of the pressure conditions are high and the compressors are turned on and off frequently and the suction pressure regulation width is relative great. These factors result in poor efficiency and a loss of functional reliability.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Kältemittelkreis geschaffen werden, der eine hohe Flexibilität beim Betrieb mehrerer Verdichter besitzt, wobei der Wirkungsgrad des Kältemittelkreises mit einer ersten und zweiten Verdichterstufe möglichst hoch sein soll.The present invention is intended to provide a refrigerant circuit be created, which has a high flexibility when operating multiple compressors, the efficiency of the Refrigerant circuit with a first and second compressor stage should be as high as possible.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen angegeben.The invention and advantageous embodiments of the invention are given in the claims.

Durch die Erfindung wird ein Kältemittelkreis mit mehreren Verdichtern geschaffen, bei dem das Grundsystem nur drei Verdichter verwendet, und zwar einen "Booster-Verdichter" und zwei Hochdruckverdichter, wobei das System ferner einen Ekonomizer verwendet, der innerhalb des Systems beständig aktiv ist, wobei nur zwei Grundfühler für die gesamte Regelung benötigt werden.The invention provides a refrigerant circuit with several Compressors created in which the basic system uses only three compressors, namely a "booster compressor" and two high pressure compressors, the system further using an economizer that is within the system is constantly active, with only two basic sensors for the entire scheme are required.

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Ein Kältemittelkreis nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt mindestens einen Verdichter der ersten Verdichterstufe, zwei Verdichter in der zweiten Verdichterstufe, einen Kondensator, einen Ekonomizer, einen Verdampfer und eine ein kompressibles Kältemittel führende Leitungsverbindung, die den Verdichter der ersten Verdichterstufe, die Verdichter der zweiten Verdichterstufe als Gruppe, den Kondensator, den Ekonomizer und den Verdampfer in Reihe geschaltet, in dieser Reihenfolge und in einem geschlossenen Kreis verbindet, wobei die Verdichter der zweiten Verdichterstufe zueinander parallel geschaltet sind. Die Leitungsverbindung umfaßt Mittel zum Abzweigen eines Teils des kondensierten Kältemittels aus dem geschlossenen Kreislauf stromab des Kondensators; dieser abgezweigte Teil des kondensierten Kältemittels wird innerhalb des Ekonomizers expandiert, um das dem Verdampfer zuzuführende flüssige Kältemittel innerhalb des geschlossenen Kreises zu unterkühlen; das expandierte Kältemittel wird als unter relativ hohem Druck stehender Kältemitteldampf zu einem Zwischenstufen-Druckpunkt innerhalb des geschlossenen Kreislaufes zwischen dem Auslaß der ersten Verdichterstufe und dem Einlaß der zweiten Verdichterstufe zurückgeführt. Ferner sind Mittel vorgesehen, die das unterkühlte flüssige Hochdruck-Kältemittel stromab des Ekonomizers am Verdampfer expandieren. Zum Antrieb der Verdichter sind Motoren vorgesehen, und die Anlage umfaßt eine Regeleinrichtung zur Regelung der Betriebsweise der Verdichter der ersten und zweiten Verdichterstufe, wobei die Regeleinrichtung in der Lage ist, die Motoren der zweiten Verdichterstufe wahlweise zu betreiben, um die Motoren der zweiten Verdichterstufe zu erregen, und um die Kältemittelzufuhr zu den Verdichtern der zweiten Verdichterstufe wahlweise zu steuern. Eine wichtige Neuerung besteht darin, daß der "Booster-Verdichter" der" ersten Verdichterstufe mit veränderlicher Drehzahl betrieben wird, um den Durchsatz des die erste VerdichterstufeA refrigerant circuit according to a preferred embodiment of the invention has at least one compressor the first compressor stage, two compressors in the second compressor stage, a condenser, an economizer, an evaporator and a compressible refrigerant leading line connection that the compressor of the first compressor stage, the compressors of the second compressor stage as a group, the condenser, the economizer and the vaporizer connected in series, in that order and connects in a closed circuit, the compressors of the second compressor stage to one another are connected in parallel. The line connection comprises means for branching off part of the condensed refrigerant from the closed circuit downstream of the condenser; this branched off part of the condensed refrigerant is expanded inside the economizer to contain the liquid refrigerant to be supplied to the evaporator to subcool within the closed circuit; the expanded refrigerant is considered to be under relatively high pressure standing refrigerant vapor to an intermediate stage pressure point within the closed circuit between the Recirculated outlet of the first compressor stage and the inlet of the second compressor stage. Funding is also provided which expand the supercooled liquid high pressure refrigerant downstream of the economizer on the evaporator. To the drive motors are provided for the compressor, and the system includes a control device for controlling the mode of operation the compressor of the first and second compressor stage, wherein the control device is able to selectively operate the motors of the second compressor stage to the To energize motors of the second compressor stage, and to supply the refrigerant to the compressors of the second compressor stage optionally to control. An important innovation is that the "booster compressor" is the "first Compressor stage is operated with variable speed to the throughput of the first compressor stage

durchströmenden Kältemittels in weiten Grenzen zu variieren, während die Verdichter der zweiten Verdichterstufe in einem festgelegten Punkt bei maximaler Last und somit mit ihrem höchsten Wirkungsgrad arbeiten, derart, daß
der Zwischenstufendruck auf einen vernünftigen Druckwert bleibt; die Regeleinrichtung umfaßt einen ersten Fühler
(Übertrager), der den Verdampferdruck, die Verdampfertemperatur oder den Ansaugdruck ermittelt, sowie einen
zweiten Fühler (Übertrager), der den Zwischenstufendruck des im geschlossenen Kreis umlaufenden Kältemittels ermittelt, um die Drehzahl des Booster-Verdichters der ersten Verdichterstufe so zu regeln, daß zunächst der Booster-Verdichter heruntergeregelt wird, und daß dann, wenn der Zwischenstufendruck einen vorgegebenen Wert erreicht,to vary the refrigerant flowing through within wide limits, while the compressors of the second compressor stage work at a specified point at maximum load and thus with their highest efficiency, such that
the interstage pressure remains at a reasonable pressure level; the control device comprises a first sensor
(Transmitter), which determines the evaporator pressure, the evaporator temperature or the suction pressure, as well as a
Second sensor (transmitter) that determines the intermediate stage pressure of the refrigerant circulating in the closed circuit in order to regulate the speed of the booster compressor of the first compressor stage so that the booster compressor is first turned down, and that when the intermediate stage pressure reaches a predetermined value achieved,

einer der Verdichter der zweiten Verdichterstufe abgeschaltet wircl, so daß der Zwischenstufendruck selbsttätig ansteigt und die Belastung des anderen Verdichters
der zweiten Verdichterstufe erhöht.one of the compressors of the second compressor stage is switched off so that the intermediate stage pressure rises automatically and the load on the other compressor rises
the second compressor stage increased.

Einzelne oder alle der Verdichter können Verdichter mit
hin- und hergehender Bewegung, Schraubenverdichter, Flügelzellenverdichter oder Schneckenverdichter sein. Der Motor für den Booster-Verdichter der ersten Verdichterstufe kann ein Induktionsmotor sein, der einen Inverterantrieb veränderlicher Drehzahl benutzt, wobei die Frequenz zwischen 20 und 100 Hz veränderlich ist.Any or all of the compressors can have compressors
reciprocating motion, screw compressor, vane compressor or screw compressor. The motor for the booster compressor of the first compressor stage can be an induction motor using a variable speed inverter drive, the frequency being variable between 20 and 100 Hz.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt:An exemplary embodiment of the invention is explained with the aid of the drawing. It shows:

Fig» 1 ein schematisches Diagramm eines geschlossenenFigure 1 is a schematic diagram of a closed

Kältemittelkreises?Refrigerant circuit?

Fig. 2 eine grafische Darstellung des Zwischenstufendrucks für den Kältemittelkreis nach Fig. 1Figure 2 is a graph of interstage pressure for the refrigerant circuit according to FIG. 1

über der Last/Kapazität des Kältemittelkreises zur Veranschaulichung der vereinfachten Regelung und Flexibilität dieses Kältemittelkreises.over the load / capacity of the refrigerant circuit to illustrate the simplified control and flexibility of this refrigerant circuit.

Der in Fig. 1 gezeigte geschlossene Kältemittelkreis 10 umfaßt eine erste Verdichterstufe 12 mit einem Booster-Verdichter, eine zweite Verdichterstufe mit zwei Verdichtern 14, 16, einen luftgekühlten Kondensator 18, einen Sammler 20, einen Ekonomizer 22 und einen Verdampfer 24 oder mehrere Verdampfer 24, die die Grundkomponenten des geschlossenen Kältemittelkreises 10 darstellen. Diese Komponenten sind durch Leitungen in Reihe geschaltet, wobei die beiden Verdichter 14, 16 der zweiten Verdichterstufe parallel geschaltet sind, um eine Gruppe innerhalb des geschlossenen Kältemittelkreises zu bilden. Eine Leitung 26, die ein geeignetes Kältemittel wie z.B. R-502 führt, verzweigt sich im Punkt 27 in zwei parallele Leitungen 28, 30, um die Auslaßseite des Verdichters 12 der ersten Verdichterstufe bei einem Zwischendruck mit der Ansaugseite bzw. den Einlassen der Verdichter 14, 16 der zweiten Verdichterstufe zu verbinden. Die Auslässe der Verdichter 14, 16 werden über Leitungen 32, 34 an einer Verbindungsstelle 33 miteinander verbunden, von wo komprimierter Hochdruck-Kältemitteldampf über eine Leitung 36 dem Einlaß des luftgekühlten Kondensators 18 zugeführt wird. Der Auslaß des luftgekühlten Kondensators 18 führt das kondensierte Kältemittel über eine Leitung 38 dem Sammler 20 zu.The closed refrigerant circuit 10 shown in Fig. 1 comprises a first compressor stage 12 with a booster compressor, a second compressor stage with two compressors 14, 16, an air-cooled condenser 18, a collector 20, an economizer 22 and an evaporator 24 or more evaporators 24, which are the basic components of the closed Represent refrigerant circuit 10. These components are connected in series by lines, the two being Compressors 14, 16 of the second compressor stage are connected in parallel to a group within the closed To form refrigerant circuit. A line 26 carrying a suitable refrigerant such as R-502 branches out at point 27 in two parallel lines 28, 30 to the outlet side of the compressor 12 of the first compressor stage at an intermediate pressure with the suction side or the inlets the compressor 14, 16 of the second compressor stage connect to. The outlets of the compressors 14, 16 are connected to one another via lines 32, 34 at a connection point 33 connected, from where compressed high pressure refrigerant vapor via a line 36 to the inlet of the air-cooled Capacitor 18 is supplied. The outlet of the air-cooled condenser 18 carries the condensed refrigerant Via a line 38 to the collector 20.

Wie angedeutet, fließt das Kältemittel R in flüssiger Form innerhalb des Sammlers 20 über eine Leitung 40 dem Ekonomizer 22 zu. In einem Punkt 41 entnimmt eine Bypass- bzw. Anzapfleitung 42 einen Teil des flüssigen Kältemittels R dem geschlossenen Kältemittelkreis, um es mittels eines Expansionsventiles 24 im Ekonomizer 22 zu expandieren, wodurch der größere Teil des flüssigen Kältemittels, der dem Verdampfer 24 bzw. den Verdampfern 24 über eine Leitung 46 direkt zuströmt, unterkühlt wird. Dieses unterkühlte flüssige Kältemittel expandiert mittels eines Expansionsventiles 48 in den Verdampfer 24. Der vom Ver-As indicated, the refrigerant R flows in liquid form within the collector 20 via a line 40 to the economizer 22 to. At a point 41, a bypass or tap line 42 removes part of the liquid refrigerant R the closed refrigerant circuit in order to expand it by means of an expansion valve 24 in the economizer 22, whereby the greater part of the liquid refrigerant that the evaporator 24 or the evaporators 24 via a Line 46 flows in directly, is subcooled. This supercooled liquid refrigerant expands by means of an expansion valve 48 into the evaporator 24. The

dämpfer 24 zurückkehrende Kältemitteldampf strömt über eine Leitung 50 zur Ansaugseite der Verdichterstufe 12, wodurch der Kreislauf geschlossen wird.damper 24 returning refrigerant vapor flows over a Line 50 to the suction side of the compressor stage 12, whereby the cycle is closed.

In der Zwischenzeit gelangt das über die Leitung 42 entnommene Kältemittel, das zur Erzielung der Unterkühlungswirkung im Ekonomizer verdampft, über eine Leitung 52 zu einem Zwischenstufen-Druckpunkt 54, der in die Leitung 26 mündet, die den Auslaß der ersten Verdichterstufe mit dem Einlaß der zweiten Verdichterstufe 14, 16 verbindet. Wenn auch nur zwei Verdichter 14,16 in der eweiten Verdichterstufe dargestellt sind, können es jedoch auch drei oder mehr Verdichter sein, die sämtlich parallel geschaltet und entsprechend geregelt werden. Die dargestellte Anlage ist absichtlich auf zwei Verdichter 14, 16 in der zweiten Verdichterstufe beschränkt.In the meantime, the refrigerant withdrawn via line 42, which is used to achieve the supercooling effect, arrives evaporated in the economizer, via a line 52 to an intermediate stage pressure point 54, which is in the line 26 opens, which the outlet of the first compressor stage with the Inlet of the second compressor stage 14, 16 connects. if also only two compressors 14,16 in the second compressor stage are shown, however, there can also be three or more compressors, all of which are connected in parallel and regulated accordingly. The system shown is intentionally based on two compressors 14, 16 in the second Compressor stage limited.

Der beschriebene Kältemittelkreis erzeugt unter Verwendung eines oder mehrerer Verdampfer 24 Kälte mit sehr hohem Wirkungsgrad, und zwar unter allen Lastbedingungen aufgrund der ständigen Benutzung eines Ekonomizerkreises, d.h., der Verdichter der ersten Verdichterstufe 12 arbeitet ständig, und der Ekonomizer 22 ist immer aktiv. Es werden zwei Verdichter 14, 16 in der zweiten Verdichterstufe verwendet, um die Änderung des Zwischenstufendrucks beherrschen zu können. Ferner werden die Maschinen der zweiten Verdichterstufe, die-Verdichter mit hin- und hergehender Bewegung ohne Lastregelung sein können, nicht entladen und somit arbeiten sie immer mit maximalem Wirkungsgrad. Der Verdichter der ersten Verdichterstufe 12 kann ein hin- und hergehender Verdichter veränderlicher Drehzahl sein, wenngleich auch ein Schraubenverdichter, Flügelzellenverdichter,etc. verwendet werden könnte. Stattdessen kann auch ein Kreiselverdichter, d.h. ein Radialverdichter veränderlicher Drehzahl benutzt werden.The refrigerant circuit described generates using one or more evaporators 24 very high cold Efficiency under all load conditions due to the constant use of an economizer circuit, i.e., the compressor of the first compressor stage 12 operates continuously and the economizer 22 is always active. There are two compressors 14, 16 in the second compressor stage used to control the change in interstage pressure. Furthermore, the machines of the second compressor stage, which can be reciprocating compressors without load control, are not discharged and thus they always work with maximum efficiency. The first stage compressor 12 may be a variable speed reciprocating compressor be, albeit a screw compressor, vane compressor, etc. could be used. A centrifugal compressor, i.e. a centrifugal compressor with variable speed, can also be used instead.

vt * 3! vt * 3!

Ein Ziel des beschriebenen Kältemittelkreises ist ein möglichst hoher Wirkungsgrad, und das System benutzt im Prinzip einen mit veränderlicher Drehzahl arbeitenden Booster-Verdichter 12, der kombiniert ist mit einer zweiten Ver-One goal of the refrigerant cycle described is as possible high efficiency and the system basically uses a variable speed booster compressor 12, which is combined with a second

zweitwo

dichterstufe mit/oder mehr Verdichtern festgelegter Kapazität, um den Zwischenstufendruck auf einem vernünftigen Wert zu halten.density stage with / or more compressors of specified capacity, to keep the interstage pressure at a reasonable level.

In dem dargestellten Kältemittelkreis ist ein Motor M,, 56, wie durch eine gestrichelte Linie 58 angedeutet, mit dem Verdichter 12 der ersten Verdichterstufe verbunden, um diesen mit veränderlicher Drehzahl anzutreiben, um einen Durchsatzbereich von 5:1 oder mehr für das durch den Verdichter strömende Kältemittel R zu liefern. Der Verdichter 16 der zweiten Verdichterstufe wird direkt von einem zweiten Motor M2 72 angetrieben, während ein Motor Mg 74 den anderen Verdichter 14 der zweiten Verdichterstufe antreibt. In the refrigerant circuit shown, a motor M 1, 56, as indicated by a dashed line 58, is connected to the compressor 12 of the first compressor stage in order to drive it at a variable speed to achieve a throughput range of 5: 1 or more for the compressor flowing refrigerant R to deliver. The compressor 16 of the second compressor stage is driven directly by a second motor M 2 72, while a motor Mg 74 drives the other compressor 14 of the second compressor stage.

Die Regeleinrichtung ist einfach und stabil.Sie umfaßt, wie dargestellt, ein Steuerpaneel 62, das an einer Energiequelle S über Leitungen 76 angeschlossen ist. Der Motor 46 wird über das Steuerpaneel 62 mittels einer elektrischen Versorgungsleitung 60 mit Leistung versorgt. Die Regeleinrichtung verwendet zwei Fühler (übertrager). Der erste Fühler 64 ist, wie dargestellt, ein Druckfühler und erfaßt den Ansaugdruck der ersten Verdichterstufe 12 und ist, wie gezeigt, in der Leitung 50 angeordnet, die Kältemittel vom Verdampfer 24 dem Einlaß des Verdichters 12 der ersten Verdichterstufe zufuhrt. Stattdessen könnte der Fühler 64 ein Fühler sein, der den Verdampferdruck oder die Verdampfertemperatur des Verdampfers 24 bzw. der Verdampfer 24 abfühlt. Das vom Fühler 64 erzeugte Signal wird dem Steuerpaneel 6 2 über eine Leitung 66 zugeführt.The control device is simple and stable. as shown, a control panel 62 which is connected to an energy source S via lines 76. The motor 46 is supplied with power via the control panel 62 by means of an electrical supply line 60. the Control device uses two sensors (transmitters). Of the As shown, the first sensor 64 is a pressure sensor and detects the suction pressure of the first compressor stage 12 and, as shown, is disposed in conduit 50, the Refrigerant from evaporator 24 to the inlet of the compressor 12 feeds the first compressor stage. Instead, the sensor 64 could be a sensor that measures the evaporator pressure or the evaporator temperature of the evaporator 24 or the Evaporator 24 senses. The signal generated by the sensor 64 is fed to the control panel 6 2 via a line 66.

Der zweite Fühler 73 erfaßt den Zwischenstufendruck und ist in diesem Fall mit der Leitung 26 verbunden, die den Auslaß der ersten Verdichterstufe 12 mit dem Einlaß der zweiten Verdichterstufe 14, 16 verbindet. Der Fühler 72 gibt ein Drucksignal über eine Leitung 74 an das Steuerpaneel 62 ab. Zusätzlich zu einer Leitung 60, die vom Steuerpaneel 62 ausgeht und die zur Drehzahlregelung des Motors 56 der ersten Verdichterstufe 12 dient, geht vom Steuerpaneel 62 eine Anzahl weiterer Leitungen ab, dieThe second sensor 73 detects the interstage pressure and is in this case connected to the line 26 which connects the outlet of the first compressor stage 12 to the inlet of the second compressor stage 14, 16 connects. The sensor 72 gives a pressure signal via a line 74 to the control panel 62 from. In addition to a line 60 from Control panel 62 goes out and the speed control of the Motor 56 of the first compressor stage 12 is used Control panel 62 from a number of other lines that

IQ zu verschiedenen Komponenten des Kältemittelkreises führen. In dieser Hinsicht verbindet eine Leitung 70 das Steuerpaneel 62 mit einem Magnetventil 68, das in der zum Einlaß des Verdichters 14 führende Leitung 28 angeordnet ist und dazu dient unter bestimmten, noch zu erläutern- IQ lead to various components of the refrigerant circuit. In this regard, a line 70 connects the control panel 62 to a solenoid valve 68, which is arranged in the line 28 leading to the inlet of the compressor 14 and serves under certain, yet to be explained-

I^ den Betriebsbedingungen den Verdichter 14 der zweiten Verdichterstufe aus dem Kältemittelkreis auszuschließen. Eine vom Steuerpaneel 72 ausgehende Leitung 76 versorgt den Motor 72 mit Strom, der unmittelbar den Verdichter 16 der zweiten Verdichterstufe antreibt. Eine vom Steuerpaneel 62 ausgehende Leitung 78 dient zur Stromversorgung des Motors 74, der den Verdichter 14 der zweiten Verdichterstufe direkt antreibt. I ^ the operating conditions to exclude the compressor 14 of the second compressor stage from the refrigerant circuit. A line 76 emanating from the control panel 72 supplies the motor 72 with current, which directly drives the compressor 16 of the second compressor stage. A line 78 extending from the control panel 62 is used to supply power to the motor 74, which drives the compressor 14 of the second compressor stage directly.

Im Betrieb, wenn der Kältemittelbedarf des Verdampfers abfällt, sinkt der Ansaugdruck im Einlaß des Verdichters 12, und der Fühler 64 gibt ein Steuersignal über die Leitung 66 an das Steuerpaneel 62 ab, um den Druckabfall zu melden. Hierauf ändert das Steuerpaneel 62 den dem Motor 56 zugeführten Strom so, daß der Verdichter der ersten Verdichterstufe verlangsamt wird, wodurch der Kältemitteldurchsatz durch die erste Verdichterstufe 12 verringert wird. Der Motor 56 kann ein Induktionsmotor mit einem drehzahlveränderlichen Inverterantrieb sein; in diesem Fall ändert das Steuerpaneel 62 die Frequenz des dem Motor 56 über die Leitung 60 zugeführten Stroms.Um einenIn operation when the evaporator's refrigerant demand falls, the suction pressure in the inlet of the compressor 12 drops, and the sensor 64 gives a control signal via the line 66 to the control panel 62 to report the pressure drop. The control panel 62 then changes that of the engine 56 supplied current so that the compressor of the first compressor stage is slowed down, whereby the refrigerant throughput is reduced by the first compressor stage 12. The motor 56 can be an induction motor with a be variable speed inverter drive; in this If so, the control panel 62 changes the frequency of the engine 56 over the line 60 supplied current. To a

vs ** 3B00800 vs ** 3B00800

Durchsatzbereich des Verdichters 12 von 5:1 zu erreichen, kann der Frequenzbereich des dem Motor 56 zugeführten Steuersignals zwischen 20 und 100 Hz liegen.To achieve throughput range of compressor 12 of 5: 1, the frequency range of the control signal fed to the motor 56 can be between 20 and 100 Hz.

Wenn der Zwischenstufendruck ein vorgegebenes Minimum erreicht, wird einer der beiden Verdichter der zweiten Verdichterstufe abgeschaltet, der Zwischenstufendruck steigt automatisch an und erhöht die Belastung des verbleibenden anderen Verdichters der zweiten Verdichterstufe. Bei dem dargestellten Kältemittelkreis gibt der zweite Fühler 73, der den Zwischenstufendruck mißt, ein Signal, das die weitere Absenkung des Zwischenstufendrucks signalisiert, über die Leitung 74 an das Steuerpaneel 6 2 ab. Das Steuerpaneel 62 schaltet dann den Verdichter 14 ab, indem die Erregung des Motors 74 über die Leitung 78 beendet wird. Falls erforderlich, schaltet das Magnetventil 68 gleichzeitig um, so daß der Kältemittelstrom durch die Leitung 28 zum Verdichter 14 der zweiten Verdichterstufe unterbrochen wird.When the intermediate stage pressure reaches a predetermined minimum, one of the two compressors becomes the second compressor stage switched off, the interstage pressure rises automatically and increases the load on the remaining one other compressor of the second compressor stage. In the refrigerant circuit shown, the second sensor 73, which measures the interstage pressure, a signal that signals the further decrease in the interstage pressure, via line 74 to control panel 6 2. The control panel 62 then switches off the compressor 14, by stopping the excitation of the motor 74 via the line 78. If necessary, the solenoid valve switches 68 at the same time so that the refrigerant flow through the line 28 to the compressor 14 of the second compressor stage is interrupted.

Die Betriebsweise des Kältemittelkreises ist in Fig. 2 grafisch dargestellt, wo der Zwischenstufendruck über der Last/Kapazität des Kältemittelkreises aufgetragen ist.Die beiden parallelen ausgezogenen Linien P und P' sind Zwischenstufendruck-Kurven je nach dem, ob ein oder zwei Verdichter in der zweiten Verdichterstufe arbeiten. Die Kurve P gilt für einen Betriebszustand, bei dem nur ein Verdichter der zweiten Verdichterstufe arbeitet/ während die Kurve P' den höheren Last/Kapazitäts-Bereich von bis 100% darstellt. Wenn beispielsweise der Kältemittelkreis bei niedriger Last mit nur einem Verdichter der zweiten Verdichterstufe, d.h. dem Verdichter 16, arbeitet (wobei zu beachten ist, daß der Verdichter der ersten Verdichterstufe immer arbeitet und der Ekonomizer 22 somit immer aktiv ist) und wenn die BetriebsweiseThe mode of operation of the refrigerant circuit is shown graphically in Fig. 2, where the interstage pressure over the Load / capacity of the refrigerant circuit is plotted two parallel solid lines P and P 'are interstage pressure curves depending on whether one or two compressors are working in the second compressor stage. the Curve P applies to an operating state in which only one compressor of the second compressor stage is working / during the curve P 'the higher load / capacity range of represents up to 100%. For example, if the refrigerant circuit at low load with only one compressor of the second compressor stage, i.e. compressor 16, works (It should be noted that the compressor of the first compressor stage always works and the economizer 22 is therefore always active) and if the operating mode

derart ist, daß der Zwischenstufendruck einen hohen Punkt auf der Kurve P erreicht, beispielsweise den Punkt B entsprechend einem vorgegebenen Druck von 60 psig (4,134 bar) wird der Verdichter 14 der zweiten Verdichterstufe zugeschaltet, worauf der Zwischenstufendruck auf einen Wert von ungefähr 26 psig (1,79 bar) im Punkt B1 auf der zweiten Kurve P1 abfallt. Da die Last ansteigt, wird der Zwischenstufendruck, bei dem der Verdichter 14 wieder in Betrieb gesetzt wird» höher angesetzt als der ausgeglichene Zwischenstufendruck, wenn der zweite Verdichter abgeschaltet wird, wobei der Abschaltpunkt auf der Kurve P1 bei A liegt, der ein Druck von ungefähr 20 psig (1,38 bar) für den dargestellten Kältemittelkreis ist.is such that the intermediate stage pressure reaches a high point on curve P, for example point B corresponding to a predetermined pressure of 60 psig (4.134 bar), the compressor 14 of the second compressor stage is switched on, whereupon the intermediate stage pressure is increased to a value of approximately 26 psig ( 1.79 bar) drops at point B 1 on the second curve P 1. As the load increases, the interstage pressure at which the compressor 14 is restarted is set higher than the balanced interstage pressure when the second compressor is shut down, the shutdown point on curve P 1 being at A, which is a pressure of is approximately 20 psig (1.38 bar) for the refrigerant circuit shown.

Die dargestellten Kurven sind typisch .für eine wirksame und zuverlässige Supermarkt-Kältemittelanlage mit einem oder mehreren Verdampfern 24 und bilden die Grundlage eines allgemeinen Regelungs-Logikdiagramms, bei dem das Kältemittel etwa R-502 ist und die Verdampfungstemperatur desThe curves shown are typical for an effective and reliable supermarket refrigeration system having one or more evaporators 24 and forming the basis of one general control logic diagram where the refrigerant is roughly R-502 and the evaporating temperature of the

Systems bei -20 F (ca. -3O°C) liegt. Bei dem dargestellten Kältemittelkreis wird ein zu häufiges Ein- und Ausschalten der Verdichter 14, 16 der zweiten Verdichterstufe vermieden, was den Gesamtwirkungsgrad nicht sonderlich beeinträchtigt, da der Ekonomizer ständig aktiv ist. Wenn der Zwischenstufendruck entlang der Kurve P auf 20 psig (1,38 bar) abfällt und den Punkt A erreicht, wird der Verdichter 14 abgeschaltet, während der Verdichter 16 im Betrieb bleibt, und der Zwisehenstufendruck steigt (für die gleiche Last) sofort auf ungefähr 46 psig (3,17 bar) an. Der Verdichter 16 der zweiten Verdichterstufe hält den Betrieb aufrecht, während die Grundlast weiter abfällt, und der Booster-Verdichter 12 wird durch entsprechende Regelung des Motors 56 über das Steuerpaneel 62 weiter verlangsamt. Wenn die Last nach Übergang auf den Verdichter 16 ansteigt, erhöht sich die Drehzahl des Mo-System is at -20 F (about -3O ° C). With the one shown Refrigerant circuit becomes too frequent switching on and off the compressor 14, 16 of the second compressor stage avoided, which is not particularly effective in terms of overall efficiency because the economizer is constantly active. When the interstage pressure along curve P is reduced to 20 psig (1.38 bar) drops and reaches point A, the compressor 14 is switched off while the compressor 16 is in operation remains, and the second stage pressure rises (for the same load) instantly to approximately 46 psig (3.17 bar) at. The compressor 16 of the second compressor stage stops the operation upright, while the base load falls further, and the booster compressor 12 is by appropriate Regulation of the motor 56 via the control panel 62 further slowed down. If the load increases after the transition to the compressor 16, the speed of the mo-

tors 56 entsprechend, wodurch der Kältemitteldurchsatz durch die erste Verdichterstufe 12 erhöht wird, bis der Zwischenstufendruck einen Wert von 60 psig (4,13 bar) im Punkt B auf der Kurve P erreicht, worauf der Verdichter 14 eingeschaltet wird und im Parallelbetrieb zum anderen Verdichter 16 das Kältemittel verdichtet.tors 56 accordingly, whereby the refrigerant throughput is increased by the first compressor stage 12 until the Interstage pressure reached 60 psig (4.13 bar) at point B on curve P, whereupon the compressor 14 is switched on and the refrigerant is compressed in parallel operation with the other compressor 16.

Bei fallender Last bewirkt der Druckfühler 64, daß die Drehzahl des Verdichters 12 der ersten Verdichterstufe fällt. Wenn der Zwischenstufendruck den Punkt A auf der Kurve P1 erreicht, schaltet ein Verdichter der zweiten Verdichterstufe ab, und der Zwischenstufendruck gleicht sich aus (Punkt A1, Kurve P). Ein Lastanstieg bewirkt eine Drehzahlerhöhung des Verdichters 12, und der zweite oder nächste Verdichter der zweiten Verdichterstufe wird im Punkt B (Kurve P) eingeschaltet.When the load drops, the pressure sensor 64 causes the speed of the compressor 12 of the first compressor stage to drop. When the intermediate stage pressure reaches point A on curve P 1 , a compressor of the second compressor stage switches off and the intermediate stage pressure balances out (point A 1 , curve P). An increase in load causes an increase in the speed of the compressor 12, and the second or next compressor of the second compressor stage is switched on at point B (curve P).

Für eine angemessene Reglung werden nur zwei Fühler (Übertrager) benötigt. Einer dient dazu, den Ansaugdruck oder eine äquivalente Größe zu messen, und einer dient dazu, den Zwischenstufendruck des Kältemittels im geschlossenen Kreislauf zu messen. Die allgemeine Regelungslogik ist sehr einfach und geradlinig, und ein Festkörper-Steuerpaneel läßt sich in einfacher Weise zur Regelung des Kältemittelkreises mit den erwähnten Parametern verwenden. Das beschriebene Kältemittelsystem wird sowohl für kommerzielle Kälteerzeugung wie auch für typische Wärmepumpen zum Erwärmen und Kühlen von kommerziellen oder privaten Gebäuden für ideal gehalten. Der dargestellte Kältemittelkreis verwendet nur drei Verdichter, einen "Booster-Verdichter" und zwei Hochdruck-Verdichter. Der Kältemittelkreis besitzt eine adequate Redundanz insofern, als die Verdichter der zweiten Verdichterstufe allein, ohne die erste Verdichterstufe ungefähr 50% der maximalen Last bewältigen können, und der Verdichter der ersten Verdichterstufe und ein Verdichter der zweiten Verdichterstufe kön-Only two sensors (transformers) are required for adequate control. needed. One is used to measure the suction pressure or an equivalent quantity, and one is used to to measure the intermediate stage pressure of the refrigerant in a closed circuit. The general control logic is very simple and straightforward, and a solid-state control panel can be used in a simple manner to regulate the refrigerant circuit use with the parameters mentioned. The refrigerant system described is used for both commercial Cold generation as well as typical heat pumps for heating and cooling commercial or private Buildings thought to be ideal. The refrigerant circuit shown uses only three compressors, a "booster compressor" and two high pressure compressors. The refrigerant circuit has adequate redundancy insofar as the Compressors of the second compressor stage alone, without the first compressor stage, can handle around 50% of the maximum load can, and the compressor of the first compressor stage and a compressor of the second compressor stage can

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γ nen ungefähr 50% der maximalen Last bewältigen, wie aus den Kurven der Fig. 2 hervorgeht. Die Leistung der ersten Verdichterstufe ist so niedrig, daß er mit einem Inverter oder bürstenlosen Gleichstromantrieb für die systemnot- γ nen cope with about 50% of the maximum load, as can be seen from the curves of FIG. The performance of the first compressor stage is so low that it can be operated with an inverter or brushless direct current drive for system emergency

5 wendige Drehzahländerung ausgerüstet werden kann.5 agile speed change can be equipped.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1. Kältemittelkreis, gekennzeichnet durch eine erste Verdichterstufe (12) veränderlichen Durchsatzes, eine zweite Verdichterstufe (14,16), einen Kondensator (18), einen Verdampfer (24), eine ein ikompressibles Kältemittel führende Leitungsverbindung (26-50), die die erste Verdichterstufe (12), die zweite Verdichterstufe (14, 16) , den Kondensator (18) und den Verdampfer1. refrigerant circuit, characterized by a first compressor stage (12) variable throughput, a second compressor stage (14,16), a condenser (18), an evaporator (24), an ikompressibles refrigerant leading line connection (26-50), the first compressor stage (12), the second compressor stage (14, 16), the condenser (18) and the evaporator (24) in Reihe geschaltet, in einem geschlossenen Kreislauf verbindet, und zwar in dieser Reihenfolge, Antriebsmotoren (56,72,74) für die Verdichterstufe, einen Ekonomizer (22), der zwischen den Kondensator (18) und den Verdampfer (24) geschaltet ist, um einen Teil des kondensierten Kältemittels aus dem Kreislauf stromab des Kondensators (18) zu expandieren, um das zum Verdampfer (24) strömende Kältemittel zu unterkühlen, eine Einrichtung (42,44,52), die den expandierten Anteil des Kältemittels einem Zwischenstufenpunkt(24) connected in series, in a closed circuit connects, in this order, drive motors (56,72,74) for the compressor stage, an economizer (22) which is connected between the condenser (18) and the evaporator (24) to a To expand part of the condensed refrigerant from the circuit downstream of the condenser (18) to the to subcool the evaporator (24) flowing refrigerant, a device (42,44,52), which the expanded Share of refrigerant at an intermediate point (54) zwischen dem Auslaß der ersten Verdichterstufe (1.2) und dem Einlaß der zweiten Verdichterstufe (14,16) zuführt, und eine Regeleinrichtung (62,64,68, 73), die den Betrieb der zweiten Verdichterstufe in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße an dem Zwischen-Stufenpunkt regelt.(54) between the outlet of the first compressor stage (1.2) and the inlet of the second compressor stage (14,16), and a control device (62,64,68, 73), which controls the operation of the second compressor stage as a function of an operating variable at the intermediate stage point regulates. 2. Kältemittelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung einen ersten Fühler (64) und einen zweiten Fühler (73) umfaßt, von denen der erste Fühler eine Betriebsgröße auf der Saugseite der ersten Verdichterstufe (12) und der zweite Fühler eine Betriebsgröße auf der Saugseite der zweiten Verdichterstufe (14,16) erfaßt.2. refrigerant circuit according to claim 1, characterized in that that the control device comprises a first sensor (64) and a second sensor (73), of which the first sensor an operating variable on the suction side of the first compressor stage (12) and the second sensor one Operating variable recorded on the suction side of the second compressor stage (14, 16). 3. Kältemittelkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fühler (73) den Zwischenstufen-Kältemitteldruck abfühlt.:3. refrigerant circuit according to claim 2, characterized in that that the second sensor (73) senses the interstage refrigerant pressure .: 4. Kältemittelkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (62,64,68,73) anfangs den Durchsatz (Kapazität) der ersten Verdichterstufe (12) ändert und zweitens den Durchsatz (Kapazität) der zweiten Verdichterstufe (14,16) so ändert, daß der ZwI-schenstufendruck innerhalb eines vorgegebenen Bereiches bleibt.4. refrigerant circuit according to claim 2, characterized in that that the control device (62,64,68,73) initially the throughput (capacity) of the first compressor stage (12) changes and secondly the throughput (capacity) of the second compressor stage (14,16) changes so that the intermediate stage pressure remains within a given range. 5. Kältemittelkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz der ersten Verdichterstufe (12) in Abhängigketi von einer Betriebsgröße auf der Saugseite der ersten Verdichterstufe (12) und der Durchsatz der zweiten Verdichterstufe (14,16) in Abhängigkeit von einem Zustand auf der Saugseite der zweiten Verdichterstufe (14,16) geregelt wird.5. refrigerant circuit according to claim 4, characterized in that the throughput of the first compressor stage (12) Depending on an operating size on the suction side of the first compressor stage (12) and the throughput the second compressor stage (14, 16) as a function of a state on the suction side of the second Compressor stage (14,16) is regulated. 2020th 6. Kältemittelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verdichterstufe (14,16) mindestens zwei Verdichter (14,16) festgelegter Kapazität umfaßt.6. Refrigerant circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the second compressor stage (14,16) at least two compressors (14,16) specified capacity. 2525th 7. Kältemittelkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (62,64,68,73) eine Einrichtung (68) umfaßt, durch die der Kältemittelfluß von der ersten Verdichterstufe (12) zu mindestens einem der Verdichter (14,16) der zweiten Verdichterstufe wahlweise unterbrochen werden kann.7. refrigerant circuit according to claim 6, characterized in that that the control device (62,64,68,73) comprises a device (68) through which the refrigerant flow from the first compressor stage (12) to at least one of the compressors (14, 16) of the second compressor stage can optionally be interrupted. 8. Kältemittelkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (62,64,68,73) eine Einrichtung umfaßt, durch die die Erregung des Antriebsmotors (72,74) mindestens eines der Verdichter der zweiten Verdichterstufe beendet werden kann.8. refrigerant circuit according to claim 6, characterized in that that the control device (62,64,68,73) comprises a device through which the excitation of the drive motor (72,74) of at least one of the compressors second compressor stage can be terminated. 1 1 9. Kältemittelkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichter (14,16) festgelegter Kapazität zueinander parallel geschaltet sind.9. refrigerant circuit according to claim 6, characterized in that that the compressors (14, 16) of fixed capacity are connected in parallel to one another. 5 5 10. Kältemxttelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (56) für die erste Verdichterstufe ein Motor veränderlicher Drehzahl ist.10. Kältemxttelkreis according to one of the preceding claims, characterized in that the motor (56) for the first compressor stage is a variable motor Speed is.
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