DE9201992U1

DE9201992U1 - Device for improving the performance coefficient in the refrigerant circuit

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Publication number: DE9201992U1
Application number: DE9201992U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-02-17
Filing date: 1992-02-17
Publication date: 1992-09-24
Anticipated expiration: 2002-02-18

Description

Vorrichtung zur Leistungszifferverbesserung im KältemittelkreislaufDevice for improving the performance coefficient in the refrigerant circuit

Stand der TechnikState of the art

Der gängige Kältemittelkreislauf wird aufrechterhalten durch denThe common refrigerant circuit is maintained by the

Verdichter, von dem ausgehend der Kältemittelstrom über denCompressor from which the refrigerant flow over the

Verflüssiger, den FlUssigkeitssammler, das Expansionsventil, den Verdampfer und wieder zurück zum Verdichter fließt.condenser, the liquid receiver, the expansion valve, the evaporator and back to the compressor.

Bei Anlagen gemäß diesem Aufbaumuster kommt es insbesondere in den Wintermonaten häufiger zu Störungen, da gerade in dieser Zeitperiode der Verflüssiger zu groß ausgelegt ist. Im übrigen haben die Anlagen herkömmlicher Bauart einen relativ niedrigen Gesamtwirkunsgrad, bei relativ hoher Leistungsaufnahme.Systems with this design are more likely to experience malfunctions, particularly in the winter months, because the condenser is designed to be too large during this time period. In addition, systems with a conventional design have a relatively low overall efficiency and a relatively high power consumption.

Die Zuführung von zusätzlicher mechanischer Energie wird weder bei Kolbenkaltwassersätzen in deren sämtlichen Leistungsbereich noch bei KUhlprozeßanlagen durchgeführt.The supply of additional mechanical energy is neither carried out in piston chillers in their entire performance range nor in cooling process systems.

Problemproblem

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, den Kältemittelkreislauf insbesondere in den kalten Wintermonaten störungsfrei aufrechtzuerhalten, sowie eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage bei gleichzeitiger Verringerung der Leistungsaufnahme zu erreichen.The invention specified in claim 1 is based on the problem of maintaining the refrigerant circuit without disruption, particularly in the cold winter months, and of increasing the overall efficiency of the system while simultaneously reducing the power consumption.

Erfindunginvention

Dieses Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 oder Anspruchs 2 gelöst.This problem is solved by the measures of claim 1 or claim 2.

Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous effects of the invention

Durch den Einbau einer Kältemittelpumpe wird eine Modifizierung des des Kreisprozesses erreicht. Es kann dabei nach dem Flüssigkeitssammler eine Hermetic-Pumpe eingebaut werden. Diese Pumpe muß derart angeordnet sein, daß sie immer mit ausreichend Kältemittel versorgt wird. Nach der Kältemittelpumpe auf der Druckseite ist eine Q-max-Blende, die derart eingebaut und berechnet werden muß, daß ein Überlasten der Statorwicklung vermieden wird.By installing a refrigerant pump, the cycle is modified. A hermetic pump can be installed after the liquid collector. This pump must be arranged in such a way that it is always supplied with sufficient refrigerant. After the refrigerant pump on the pressure side, there is a Q-max orifice, which must be installed and calculated in such a way that overloading of the stator winding is avoided.

Wird das Expansionsventil in seiner Leistung gedrosselt, muß jedoch ein Mindestvolumenstrom, der die Wärme vom Stator abführt, erhalten bleiben. Dafür ist die Q-min-Blende vorgesehen.If the expansion valve's performance is throttled, a minimum volume flow that removes the heat from the stator must be maintained. The Q-min orifice is provided for this purpose.

Durch den Einbau der Hermetic-Pumpe ergibt sich die Möglichkeit, daß mit sehr geringen VerflUssigerdrücken das Expansionsventil mit ausreichend Kältemittel versorgt wird. Das heißt, der Kältemittelmassenstrom der durch den Verdampfer gesetzt wird bleibt konstant. Aus dem Verdampfer wird derBy installing the hermetic pump, it is possible to supply the expansion valve with sufficient refrigerant at very low condenser pressures. This means that the refrigerant mass flow set by the evaporator remains constant. The

Kältemittelmassenstrom gasförmig über die Saugleitung zum Verdichter bewegt. Der Verdichter verdichtet das Kältemittelgas auf ein recht niederes Druckniveau, dies bedeutet, daß nur eine sehr geringe Verdichterarbeit zu leisten ist.The refrigerant mass flow is moved in gaseous form via the suction line to the compressor. The compressor compresses the refrigerant gas to a very low pressure level, which means that only a very small amount of compressor work needs to be performed.

Die Druckleitung geht zum Verflüssiger. Der Verflüssiger, der in den Wintermonaten immer zu groß ausgelegt ist, ist jetzt voll nutzbar. Demgemäß können Leistungsziffern von 7,8,9 sogar bis Leistungsziffer 10 gefahren werden. Das heißt mit 1 KW zugeführte Leistung im Verdichter transportieren wir bis zu 10 KW Kälteleistung über den Verdampfer.The pressure line goes to the condenser. The condenser, which is always too large in the winter months, is now fully usable. Accordingly, performance figures of 7, 8, 9 and even up to performance figures of 10 can be achieved. This means that with 1 KW of power supplied to the compressor, we can transport up to 10 KW of cooling capacity via the evaporator.

Das Kältemittel aus dem Verflüssiger gelangt wieder in den FlUssigkeitssammler mit einer sehr starken Unterkühlung. Dies hat zur Folge, daß - vom Kreisprozeß her gesehen - recht hohe Entalphydifferenzen entstehen.The coolant from the condenser returns to the liquid receiver with a very strong subcooling. This results in - from the perspective of the cycle - very high enthalpy differences occurring.

Man kann generell davon ausgehen, daß im Jahresmittel Leistungszifferverbesserungen erreicht werden können, die zwischen 5 und 6 im Klimabereich liegen, was man früher nicht für möglich gehalten hat.It can generally be assumed that annual average performance improvements of between 5 and 6 in the climate range can be achieved, something that was previously not thought possible.

Unter Leistungsziffer verstehe ich das Verhältnis zwischen der aufgenommenen Leistung der Kälteanlage und dem Wärmetransport im Verdampfer.By performance coefficient I mean the relationship between the power consumed by the refrigeration system and the heat transport in the evaporator.

Die hauptsächliche Verwendungsmöglichkeit der Erfindung besteht darin, daß die oben genannten Probleme bei allen prozeß- und klimatechnischen Anlagen gelöst werden können.The main application of the invention is that the above-mentioned problems can be solved in all process and air conditioning systems.

Beschreibung einer Anlage als Beispiel aus der PraxisDescription of a system as a practical example

Bei der Anlage eines Kunden wurde eine Kältemittelpumpe zum Einsatz gebracht, um mit einem geringeren Druck auf der Kondensatorseite dennoch einen ausreichenden Kältemittelmassenstrom durch die Anlage zu gewährleisten. Hierbei wurde ein Bock Motorkompressor der Type DAM 5/724-4, Kältemittel R22 verwendet. Bei der vorbezeichneten Anlage handelt es sich um eine Anlage mit 2 Verdichtern.A refrigerant pump was used in a customer's system to ensure a sufficient refrigerant mass flow through the system despite a lower pressure on the condenser side. A Bock motor compressor of type DAM 5/724-4, refrigerant R22, was used. The above-mentioned system is a system with 2 compressors.

Wie aus der beigefügten Anlagenskizze sowie dem Bock Diagramm entnommen werden kann, wurden enorme Leistungssteigerungen verzeichnet. Die Anlage ist nunmehr seit fast einem Jahr in Betrieb und arbeitet ohne Störungen, bei einer Leistungsziffersteigerung vonAs can be seen from the attached system sketch and the Bock diagram, enormous increases in performance have been recorded. The system has now been in operation for almost a year and is working without any problems, with a performance increase of

1,72 1.72 auf on 2.75.2.75.

Eine weitere Drosselung des Hochdrucks auf der Verdichterseite war in diesem Falle nicht möglich, da mit einem Ausfall des Verdichterantriebs infolge Überlastung zu rechnen war.Further throttling of the high pressure on the compressor side was not possible in this case, as failure of the compressor drive due to overload was to be expected.

_ "4 -■■_ "4 -■■

Generell ist die Feststellung zu treffen, daß durch diese Modifizierung des Kreisprozesses, eine variable Leistungsziffer möglich ist.In general, it can be stated that this modification of the cycle makes a variable performance factor possible.

Man kann also ganz generell die Feststellung treffen, daß jede Tief kühlanlage, das heißt jede Direktverdampfung ebenfalls mit diesem modifizierten Kreisprozeß betrieben werden kann, was neben einem störungsfreien Lauf im Winter, den Effekt der enormen Energiekosteneinsparung hätte. Darüberhinaus ergibt sich die Möglichkeit, die Größe der entsprechenden Anlagen zu verringern, das heißt mit anderen Worten, es verringern sich auch noch die Maschineninvestitionskosten usw.In general, it can be said that every deep-freeze system, i.e. every direct evaporation system, can also be operated using this modified cycle, which would not only ensure trouble-free operation in winter, but would also result in enormous energy cost savings. In addition, it would be possible to reduce the size of the systems in question, i.e. in other words, the investment costs for machinery would also be reduced, etc.

Das praktische Beispiel in ZahlenThe practical example in numbers

Die eingebaute Kältemittelpumpe besitzt eine Aufnahmeleistung von 2 KW. Der Ist-Zustand der Anlage war Verdampfungstemperatur: - 18° C; die VerflUssigungstemperatur war bei 53° C; das Druckverhältnis der Anlage war ca. bei 11; die Nettokälteleistung betrug 37 KW.The built-in refrigerant pump has an input power of 2 KW. The actual state of the system was evaporation temperature: - 18° C; the condensation temperature was 53° C; the pressure ratio of the system was approx. 11; the net cooling capacity was 37 KW.

Nach der Modifizierung lag die Verdampfungstemperatur bei + - 0° C; die VerflUssigungstemperatur bei 32° C; die Nettokälteleistung bei 83 KW; bei geringeren Aufnahmeleistungen des Verdichters.After the modification, the evaporation temperature was + - 0° C; the condensation temperature was 32° C; the net cooling capacity was 83 KW; with lower compressor input power.

Performance factor comparison in the modified cycle

Kälteleistung alt = 38 KW
Kälteleistung neu = 88 KW
Leistungsaufnahme alt = 22 KW
Leistungsaufnahme neu = 32 KWOld cooling capacity = 38 KW
New cooling capacity = 88 KW
Old power consumption = 22 KW
New power consumption = 32 KW

Leistungsziffer alt =Old performance figure =

Kälteleistung alt = 38 KW = 1,72 Cooling capacity old = 38 KW = 1.72

Leistungsauf- 22 KWPower output 22 KW

nähme alttake old

Leistungsziffer neu =New performance indicator =

Kälteleistung neu = 88 KW = 2,75 Cooling capacity new = 88 KW = 2.75

Leistungsauf- 32 KWPower output 32 KW

nähme neutake new

Leistungsaufnahme neu = Leistungsaufnahme (Verdichter + Kondensatorlüfter + Kältemittelpumpe = 29,5 KW + 1,0 KW + 1,5 KW.New power consumption = power consumption (compressor + condenser fan + refrigerant pump = 29.5 KW + 1.0 KW + 1.5 KW.

Weiterbildungen der ErfindungFurther developments of the invention

Die Zuführung der mechanischen Energie kann durch die gängigen Methoden wie z.B. Elektromotor oder Turbolader erfolgen.The mechanical energy can be supplied using common methods such as electric motors or turbochargers.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

Das Beispiel einer Ausführung ist anhand der Darstellung des Kältemittelkreislaufs zu entnehmen. Es wird deutlich gezeigt, daß die entsprechende Pumpe nach dem FlUssigkeitssammler unterhalt von dessen Niveau eingebaut werden muß. Desweiteren sind die Stellen deutlich angezeigt wo die Q-min-Blende beziehungsweise die Q-max-Blende einzubauen sind.An example of a design can be seen from the illustration of the refrigerant circuit. It is clearly shown that the corresponding pump must be installed after the liquid collector, below its level. Furthermore, the places where the Q-min orifice or the Q-max orifice are to be installed are clearly indicated.

DarUberhinaus ist beigefügt ein Diagramm, daß einen Vergleich des alten mit dem neuen inneren Wirkungsgrad zeigt.In addition, a diagram is attached that shows a comparison of the old and the new internal efficiency.

-D--D-

Ein weiteres Diagramm stellt den alten Liefergrad dem neuen gegenüber.Another diagram compares the old delivery rate with the new one.

Schließlich sind noch zwei Skizzen beigefügt, aus denen sich die durch den Einbau des Motorkompressors erreichte Kälteleistung ergibt.Finally, two sketches are attached showing the cooling capacity achieved by installing the motor compressor.

Claims

Protection claims

1. Device for improving the performance coefficient, characterized in that a refrigerant pump is arranged between the liquid collector and the expansion valve in such a way that it can always be supplied with sufficient refrigerant.

2. Device according to claim 1, characterized in that behind the refrigerant pump on the pressure side a Q-max orifice is installed in such a way that overloading of the stator winding is avoided.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that a Q-min orifice is installed in such a way that when the output of the expansion valve is throttled, a minimum volume flow that dissipates the heat from the stator can be maintained.

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that it is driven by means of an electric motor or by means of a turbocharger.