DK167985B1

DK167985B1 - Fremgangsmaade ved regulering af et kompressionskoelesystem og varme/koeleanordning til udoevelse af fremgangsmaaden

Info

Publication number: DK167985B1
Application number: DK214690A
Authority: DK
Inventors: Gustav Lorentzen
Original assignee: Sinvent As
Priority date: 1989-01-09
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1994-01-10
Also published as: EP0424474B1; DK214690A; KR0126550B1; RU2039914C1; KR910700437A; DE68908181T2; DK214690D0; PL285966A1; JPH0718602B2; NO903903L; EP0424474B2; NO171810C; JPH03503206A; EP0424474A1; WO1990007683A1; NO171810B; DE68908181D1; DE68908181T4; NO903903D0; DE68908181T3

Description

DK 167985 Bl i

Opfindelsen angår en fremgangsmåde ved regulering af kompressionskølesystemer såsom køleapparater, luftkonditioneringsanlæg og varmepumper, og af den i krav l's indledning angivne art.

5

Et konventionelt kompressionskølekredsløb til køling, luftkonditionering eller varmepumpeformål er vist i princippet i fig. 1. Apparatet består af en kompressor 1, en kondensationsvarmeveksler 2, en drøvlende ventil 3 og en 10 fordampningsvarmeveksler 4. Disse komponenter er forbundet i et lukket kredsløb, i hvilket et kølemiddel cirkuleres. Virkemåden af kompressionskøleanlægget er som følger: kølemiddeldampens tryk og temperatur forøges af kompressoren 1, før dampen træder ind i kondensatoren 2, 15 hvor den afkøles og kondenseres, idet den afgiver varme til et sekundært kølemiddel. Højtrykskølemiddelvæsken bliver derefter drøvlet til fordampningstryk og -temperatur ved hjælp af ekspansionsventilen 3. I fordamperen 4 koger kølemidlet og absorberer varme fra omgivelserne.

20 Kølémiddeldampen ved fordamperudgangen trækkes ind i kompressoren, hvorved kredsløbet fuldføres.

Konventionelle kompressionskøleanlæg, som f.eks. anvender kølemidlet R-12, CF2C12, arbejder helt ved underkritiske 25 tryk. Der kan anvendes flere forskellige stoffer eller blandinger af stoffer som kølemiddel. Valget af kølemiddel bestemmes bl.a. af kondensationstemperaturen, idet fluidets kritiske temperatur sætter en øvre grænse for kondensation. For at opretholde en rimelig virkningsgrad 30 er det normalt ønskeligt at anvende et kølemiddel med en kritisk temperatur på mindst 20-30°C over kondensationstemperaturen. Nærkritiske temperaturer undgås sædvanligvis ved konstruktion og drift af konventionelle systemer.

35 Den nuværende teknologi er detaljeret behandlet i litteraturen, f.eks. i "Handbooks" fra American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers DK 167985 B1 2

Inc. ("Fundamentals" 1989 og "Refrigeration" 1986).

Den ozonnedbrydende virkning af de nu almindelige kølemidler (chlor-fluor-carboner CFC) har resulteret i omfat-5 ‘ tende internationale aftaler til reduktion af eller for bud mod anvendelse af disse fluider. Der er følgelig et påtrængende behov for at finde alternativer til den nuværende teknologi.

10 Kapacitetsstyring af konventionelle kompressionskøleanlæg opnås hovedsagelig ved regulering af massestrømmen af kølemiddel, der passerer gennem fordamperen. Dette gøres f.eks. ved styring af kompressorkapaciteten, drøvling eller shuntning. Disse fremgangsmåder involverer mere kom-15 plicerede systemer, reduceret effektivitet og andre komplikationer .

En almindelig type drøvleorgan er en termostatisk ekspansionsventil, der styres af overhedningen i fordamperud-20 gangen. Korrekt ventilfunktion under varierende arbejdsbetingelser opnås ved anvendelse af en betydelig del af fordamperen til at overhede kølemidlet, hvilket resulterer i en lav varmeoverføringskoefficient.

25 Varmeafgivelse i kondensatoren i konventionelle kompressionskøleanlæg finder hovedsagelig sted ved konstant temperatur. Der forekommer derfor termodynamiske tab på . grund af store temperaturforskelle, når der afgives varme til et sekundært kølemiddel med stor temperaturforøgelse, 30 som det er tilfældet ved varmepumper, eller når den disponible strøm af sekundært kølemiddel er lille.

Drift af et kompressionskøleanlæg under transkritiske • forhold er tidligere praktiseret i en vis udstrækning. Op 35 til det tidspunkt, da CFC-stofferne tog over - for 40 til 50 år siden - blev CO^ almindeligt anvendt som kølemiddel, navnlig i skibskøleanlæg for proviant og last. An- DK 167985 B1 3 læggene blev indrettet til at arbejde normalt ved underkritiske tryk med fordampning og kondensation og med havvand til kondensatorkøling. Lejlighedsvis, typisk når et skib passerede tropiske områder, kunne temperaturen af 5 det kølende havvand blive for høj til at udvirke normal kondensation på højtryksssiden. (Den kritiske temperatur for C02 er 31°C). I denne situation blev det praktiseret at forøge kølemiddelmængden på højtrykssiden til et punkt, hvor trykket ved kompressorens afgang blev hævet 10 til 90-100 bar for at opretholde kølekapaciteten på et rimeligt niveau. C02-køleteknologien er beskrevet i ældre litteratur, f.eks. P. Ostertag "Kalteprozesse", Springer 1933 eller H.J. Maclntire "Refrigeration Engineering", Wiley 1937.

15

Den sædvanlige praksis i ældre C02-systemer gik ud på at tilføre den nødvendige ekstra mængde fra særskilte lagerbeholdere. En væskesamler installeret efter kondensatoren på den sædvanlige måde vil ikke være i stand til at til-20 vejebringe de funktioner, der tilsigtes med den foreliggende opfindelse.

En anden mulighed for forøgelse af kapaciteten og virkningsgraden af et givet kompressionskøleanlæg, der arbej-25 der med overkritisk højtryksside, er kendt fra beskrivelsen til tysk patent nr. 278 095 (1912). Denne metode involverer 2-trins-kompression med mellemkøling i det overkritiske område. Sammenlignet med standardsystemet medfører dette installation af en ekstra kompressor eller pum-30 pe og en ekstra varmeveksler.

Bogen "Principles of Refrigeration" af W.B. Gosney (Cambridge University Press 1982) påpeger nogle af de særlige forhold ved drift med nærkritisk tryk. Det foreslås, at 35 forøgelse af kølemiddelmængden på højtrykssiden kunne foretages ved kortvarig lukning af drøvleventilen, så at der overføres en vis mængde fra fordamperen. Det fremhæ- DK 167985 B1 4 ves dog, at dette ville efterlade fordamperen med underskud af væske, hvilket ville forårsage reduceret kapacitet på det tidspunkt, hvor der er størst behov for kapaciteten.

5

Det er derfor et formål med opfindelsen at angive en fremgangsmåde af den omhandlede art .til på enkel og effektiv måde at styre et transkritisk kompressionskøleanlæg, og at undgå de ovenfor nævnte mangler og ulemper ved 10 den kendte teknik.

Et andet formål med opfindelsen er at angive en kølepro ces, der undgår anvendelse af CFC-kølemidler og samtidig giver mulighed for anvendelse af flere med hensyn til 15 sikkerhed, miljøskadevirkninger og pris attraktive køle midler .

Et yderligere formål med opfindelsen er at angive en ny fremgangsmåde ved kapacitetsstyring, hvilken fremgangsmå-20 de involverer drift med i hovedsagen konstant kølemiddel-massestrøm og simpel kapacitetsstyring ved hjælp af en ventil.

Endnu et formål med opfindelsen er at angive en kompres- 25 sionskøleproces med varmeafgivelse ved glidende tempera tur, således at varmevekslertabene kan reduceres i anlæg, hvor sekundær-kølemiddelstrømmen er lille, eller når det sekundære kølemiddel skal opvarmes til en forholdsvis høj temperatur.

30

Ovennævnte og andre formål med opfindelsen opnås ved, at fremgangsmåden udføres som angivet i krav l's kendetegnende del.

35 Opfindelsen indebærer regulering af specifik enthalpi ved fordamperindgangen ved tilsigtet anvendelse af tryk før drøvling, f.eks. ved kapacitetsstyring. Kapaciteten sty- DK 167985 B1 5 res ved variation af kølemiddelenthalpiforskellen over fordamperen ved ændring af den specifikke enthalpi af kølemidlet før drøvling. I den overkritiske tilstand kan dette gøres ved at variere tryk og temperatur uafhængigt 5 af hinanden. Ved en foretrukken udførelse af denne regulering styres den specifikke enthalpi ved variation af trykket før drøvling. Kølemidlet køles ned så langt, som det er muligt, ved hjælp af det til rådighed værende sekundære kølemedium, og trykket reguleres til tilvejebrin-10 gelse af den ønskede enthalpi.

Opfindelsen angår også en varme/køleanordning til udøvelse af den angivne fremgangsmåde og af den i krav 6's indledning angivne art, og det ejendommelige ved varme/køle-15 anordningen ifølge opfindelsen er angivet i krav 6's kendetegnende del.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 20 fig. 1 skematisk viser et konventionelt (underkritisk) kompressionskøleanlæg, fig. 2 skematisk viser en foretrukken udførelsesform for 25 et transkritisk kompressionskøleanlæg ifølge opfindelsen; • i denne udførelsesform indgår som en integreret bestanddel af fordampersystemet et volumen, der indeholder kølemiddel i væskeform, 30 fig. 3 skematisk viser en anden udførelsesform for et transkritisk kompressionskøleanlæg; denne udførelsesform indeholder en mellemtryksbeholder, der er indskudt direkte i kredsløbet mellem to ventiler, 35 fig. 4 skematisk viser en tredie udførelsesform for et transkritisk kompressionskøleanlæg ifølge opfindelsen; denne udførelsesform indeholder en speciel beholder til DK 167985 B1 6 opbevaring af kølemiddel som væske eller i overkritisk tilstand, fig. 5 er en graf, der illustrerer forholdet mellem tryk 5 og enthalpi i det i fig. 2, 3 eller 4 viste transkritiske kompressionskøleanlæg under forskellige arbejdsbetingelser, fig. 6 er en samling grafer, der illustrerer styringen af 10 kølekapacitet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen; de viste resultater er målt i et laboratorieforsøgsanlæg, der er opbygget i overensstemmelse med en foretrukken udførelsesform for opfindelsen, og 15 fig. 7 er en grafisk afbildning, der baseret på forsøgsresultater viser sammenhængen mellem temperatur og entropi i det i fig. 2 viste transkritiske kompressionskøleanlæg, når dette arbejder med forskellige tryk i højtrykssiden og anvender CO2 som kølemiddel.

20

Et transkritisk kompressionskøleanlæg ifølge opfindelsen indeholder et kølemiddel, hvis kritiske temperatur er . mellem varmetilførselstemperaturen og den gennemsnitlige varmeafgivelsestemperatur, og et lukket fluidkredsløb, 25 hvori kølemidlet cirkuleres.

Passende kølemidler er kan eksempelvis: ethylen C2Hdi-boran B2Hg, carbondioxid C02, ethan C2Hg og nitrogenoxid • N2°‘ 30

Det lukkede kølemiddelkredsløb består af en kølemiddelstrømssløjfe med et integreret lagerelement. Fig. 2 viser en foretrukken udførelsesform for opfindelsen, hvor lagerelementet er en integreret bestanddel af fordampersy-35 · stemet. Strømkredsen indeholder en kompressor 10, der er forbundet i serie med en køler 11, en modstrøms-varmeveksler 12 og en drøvlventil 13. Drøvleventilen kan er- DK 167985 B1 7 stattes med et ekspansionsapparat efter ønske. En fordamper-varmeveksler 14, en væskebeholder 16 og lavtrykssiden af modstrøms-varmeveksleren 12 er forbundet i strømningsretningen mellem drøvleventilen 13 og kompressoren 10's 5 indgang 19. Beholderen 16 er forbundet med fordamperudgangen 15, og gasudgangen af beholderen 16 er forbundet med varmeveksleren 12.

Modstrømsvarmeveksleren 12 er ikke absolut nødvendig for 10 anlæggets funktion, men forbedrer dets virkningsgrad, navnlig dets reaktionshastighed over for krav om øget kapacitet. Den tjener også til at føre olie tilbage til kompressoren. Til dette formål er væskeledningen fra beholderen 16 (vist med punkteret linie i fig. 2) forbundet 15 med sugeledningen enten før modstrømsvarmeveksleren 12 ved 17 eller efter denne ved 18 eller et hvilket som helst sted mellem disse punkter. Væskestrømmen, f.eks. kølemiddel og olie, styres af et passende, konventionelt drøvleorgan (ikke vist på tegningen). Ved at tillade en 20 vis overskydende mængde væske at træde ind i sugeledningen opnås et tilsvarende væskeoverskud ved fordamperudgangen.

Ved en anden udførelsesform for opfindelsen vist i fig. 3 25 udgøres kølemiddelkredsløbets lagerelement af en beholder 22, der er integreret i strømkredsen mellem en ventil 21 . og drøvleventilen 13. De andre komponenter 10-14 i strømkredsen er identiske med komponenterne i den tidligere udførelsesform, omend varmeveksleren 12 kan udelades, 30 uden at dette får større konsekvenser. Trykket i beholderen 22 holdes imellem højtrykssidens og lavtrykssidens tryk.

Ved en tredie udførelsesform for opfindelsen vist i fig.

35 4 er strømkredsens lagerelement en speciel beholder 25, hvor trykket holdes mellem højtrykssidens og lavtrykssidens tryk. Lagerelementet består desuden af ventiler 23 8 DK 167985 B1 og 24, der er forbundet med henholdsvis højtrykssiden og lavtrykssiden af strømkredsen.

Under driften komprimeres kølemidlet til et passende 5 overkritisk tryk i kompressoren 10; tilstanden ved kompressorudgangen 20 er vist som tilstand "a" i fig. 5. Kølemidlet cirkuleres gennem køleren 11, hvor det afkøles til tilstand "b", idet det afgiver varme til et passende sekundærmedium, f.eks. luft eller vand. Om ønsket kan kø-10 lemidlet afkøles yderligere til tilstand "c" i modstrømsvarmeveksleren 12, inden det drøvles til tilstand "d".

Ved trykreduktionen i drøvleventilen 13 dannes der en to-fase-gas/væskeblanding vist som tilstand "d" i fig. 5. Kølemidlet absorberer varme i fordamperen 14 ved fordamp-15 ning af væskefasen. Fra tilstand "e" ved fordamperudgangen kan kølemiddeldampen overhedes i modstrøms-varmeveks-leren 12 til tilstand "f", og kredsløbet er fuldført. I den i fig. 2 viste foretrukne udførelsesform for opfin-. delsen vil fordamperudgangstilstanden "e" være i tofase-20 området på grund af væskeoverskuddet ved fordamperudgangen.

Regulering af det transkritiske anlægs kølekapacitet foretages ved variation af kølemiddeltilstanden ved fordam-25 · perindgangen, se punkt "d" i fig. 5. Kølekapaciteten pr.

enhed kølemiddelmassestrøm svarer til enthalpidifferensen mellem tilstand "d" og tilstand "e". Denne enthalpidifferens findes som en vandret afstand i enthalpi-trykdia-grammet i fig. 5.

30 • Drøvling foregår ved konstant enthalpi, så at enthalpien i punkt "d" er lig med enthalpien i "c". Følgelig kan kølekapaciteten (i kW) ved konstant kølemiddelmassestrøm styres ved variation af enthalpien i punkt "c".

Det skal bemærkes, at højtryks-enkeltfasekølemiddel i en transkritisk proces ikke kondenseres, men kun afkøles i 35 DK 167985 B1 9 køleren 11. Udløbstemperaturen fra køleren (punkt "b") vil være nogle grader over indløbs temperaturen af køleluft eller -vand, hvis der anvendes modstrøm. Højtryksdampen kan da køles yderligere nogle grader ned til punkt 5 "c" i modstrøms-varmeveksleren 12. Resultatet er, at tem peraturen i punkt "c" ved konstant indgangstemperaturen af køleluft eller -vand vil være i hovedsagen konstant uafhængig af trykniveauet på højtrykssiden. Regulering af anlæggets kølekapacitet udføres derfor ved at variere 10 trykket på højtrykssiden, mens temperaturen i punkt "c" er i hovedsagen konstant. Isotermernes krumning nær ved det kritiske punkt indebærer en variation af enthalpien med trykket som vist i fig. 5. Figuren viser en referenceproces a-b-c-d-e-f, en proces med reduceret kapacitet 15 på grund af reduceret tryk på højtrykssiden a'-b'-c’-d'-e-f og en proces med forøget kapacitet på grund af højere tryk på højtrykssiden a"-b"-c"-d"-e-f. Fordampertrykket antages at være konstant.

20 Trykket på højtrykssiden er uafhængigt af temperaturen, fordi denne side er fyldt med enkeltfasevaeske. Til variation af trykket er det nødvendigt at variere massen af kølemiddel på højtrykssiden, dvs. at tilføje eller fjerne noget af den øjeblikkelige kølemiddelmængde på højtryks-25 siden. Disse variationer må optages af en buffer for at undgå overfyldning eller udtørring af fordamperen.

Ved den i fig. 2 viste foretrukne udførelses form for opfindelsen kan kølemiddelmassen på højtrykssiden forøges 30 ved midlertidig at reducere åbningen af drøvleventilen 13. På grund af den kortvarige reducerede kølemiddelstrøm til fordamperen vil overskudsvæsken i fordamperudgangen 15 blive reduceret. Den væskeformige kølemiddelstrøm fra . beholderen 16 ind i sugeledningen er imidlertid konstant.

35 Følgelig ændres balancen mellem den væskestrøm, der træder ind i, og den, der forlader beholderen 16, hvilket resulterer i en nettoreduktion af beholderens væskeind- 10 DK 167985 B1 hold og en tilsvarende akkumulering af kølemiddel i strømkredsens højtryksside.

Mængdeforøgelsen på højtrykssiden medfører forøget tryk 5 og dermed højere kølekapacitet. Denne masseoverføring fra kredsløbets lavtryksside til dets højtryksside vil fortsætte, indtil der opnås balance mellem kølekapaciteten og varmebelastningen.

10 Åbning af drøvleventilen 13 vil forøge overskudsvæskemængden ved fordamperudgangen 15, fordi den fordampede mængde kølemiddel er i hovedsagen konstant. Forskellen mellem denne væskestrøm, der træder ind i beholderen, og væskestrømmen fra beholderen ind i sugeledningen vil ak-15 kumuleres. Resultatet er en nettotransport af kølemiddelmængde fra strømkredsens højtryksside til dens lavtryksside med reduktionen af højtrykssidemængden oplagret i væskeform i beholderen. Ved reduktion af højtrykssidemængden og dermed trykket reduceres anlæggets kapacitet, 20 indtil der findes balance, mellem kapacitet og belastning.

En vis væsketransport fra beholderen ind i kompressorens sugeledning er også påkrævet for at undgå smøremiddelak-25 kumulering i beholderens væskefase.

Ved den anden i fig. 3 viste udførelsesform for opfindelsen kan kølemiddelmassen på højtrykssiden forøges ved samtidig lukning af ventilen 21 og åbning af drøvleventi-30 len 13 for at forsyne fordamperen med en tilstrækkelig væskestrøm. Dette vil reducere kølemiddelstrømmen fra højtrykssiden ind i beholderen gennem ventilen 21, medens der overføres kølemiddel fra lavtrykssiden til højtrykssiden af kompressoren.

Reduktion af højtrykssidemængden opnås ved åbning af ven- tilen 21, medens strømmen gennem drøvleventilen 13 holdes 35 DK 167985 B1 11 i hovedsagen konstant. Dette vil overføre kølemiddel fra strømkredsens højtryksside til beholderen 22.

Ved den tredie i fig. 4 viste udførelsesform for opfin-5 delsen kan kølemiddelmassen på højtrykssiden forøges ved åbning af ventilen 24 og samtidig reduktion af strømmen gennem drøvleventilen 13. Derved akkumuleres der kølemiddel på højtrykssiden på grund af reduceret strøm gennem drøvleventilen 13. Tilstrækkelig væsketilførsel til for-10 damperen opnås ved åbning af ventilen 24.

Reduktion af mængden på højtrykssiden kan udføres ved åbning af ventilen 23 til overføring af en vis mængde kølemiddel fra højtrykssiden til beholderen. Kapacitetssty-15 ring af anlægget kan da foretages ved regulering af ven-tilerne 23 og 24 og samtidig styring af drøvleventilen 13.

Den i fig. 2 viste foretrukne udførelsesform for opfin-20 delsen har den fordel at være enkel med kapacitetsstyring ved betjening af kun en ventil. Endvidere har det ifølge denne udførelsesform opbyggede kompressionskøleanlæg en vis selvregulerende evne ved, at belastninsændringer medfører ændringer af væskeindholdet i beholderen 16, hvil-25 ket indebærer ændringer af højtrykssidemængden og dermed kølekapaciteten. Desuden giver drift med væskeoverskud ved fordamperudgangen favorable varmeoverføringsegenska-ber.

30 Den anden i fig. 3 viste udførelsesform har fordelen ved forenklet ventilstyring. Ventilen 21 regulerer kun trykket på anlæggets højtryksside, og drøvleventilen 13 sikrer kun, at fordamperen fødes tilstrækkeligt. Der kan så-. ledes anvendes en konventionel termostatisk ekspansions-35 ventil til drøvling. Tilbageføring af olie til kompressoren opnås let ved at tillade kølemidlet at strømme gennem beholderen. Denne udførelsesform giver imidlertid ikke DK 167985 B1 12 mulighed for kapacitetsstyrefunktionen, når trykket i højtrykssiden underskrider det kritiske tryk. Beholderen 22's volumen må være forholdvis stort, da beholderen kun arbejder mellem kompressorafgangstrykket og væskeled-5 ningstrykket.

Endnu en anden udførelsesform vist i.fig. 4 har den fordel at arbejde som et konventionelt kompressionskøleanlæg, når det opererer under stabile betingelser. Venti-10 ' lerne 23 og 24, som forbinder beholderen 25 med strøm kredsløbet, aktiveres kun under kapacitetsstyring. Denne udførelsesform kræver brug af tre forskellige ventiler under perioder med kapacitetsregulering.

15 De sidstnævnte udførelsesformer har den ulempe, at der er højere tryk i beholderen end i den foretrukne udførelsesform. Forskellen mellem de forskellige systemer med hensyn til konstruktion og arbejdsegenskaber er imidlertid ikke af større betydning.

20

Transkritiske kompressionskøleanlæg opbygget i overensstemmelse med de beskrevne udførelsesformer kan anvendes på flere områder. Teknologien er velegnet i små og middelstore, stationære og mobile luftkonditioneringsanlæg, 25 små og middelstore køleskabe/frysere og i mindre varmepumpeanlæg. En af de mest lovende anvendelser er i personbil-luftkonditioneringsanlæg, hvor der er et stærkt behov for et alternativ, som ikke bruger CFC-stoffer, har lav vægt og god virkningsgrad.

30

EKSEMPLER

. Den praktiske anvendelse af opfindelsen til køling eller varmepumpeformål er illustreret ved følgende eksempler, 35 der indeholder forsøgsresultater fra et transkritisk kompressionskøleanlæg, der er opbygget efter den i fig. 2 viste udførelsesform for opfindelsen, og som anvender DK 167985 B1 13 carbondioxid C02 som kølemiddel.

Dette laboratorieforsøgsanlæg anvender vand som varmekilde, dvs. at vandet køles ved varmeveksling med kogende 5 CO2 i fordamperen 14. Der anvendes også vand som sekundær kølemedium, der opvarmes af C0„ i varmeveksleren 11. For- ^ 3 søgsanlægget indeholder en 61 cm stempelkompressor 10 og en beholder 16 med et totalt volumen på 4 liter. Anlægget indeholder også en modstrøms-varmeveksler 12 og væskeled-10 ningsforbindelse fra beholderen til punkt 17 som angivet i fig. 2. Drøvleventilen 13 betjenes manuelt.

EKSEMPEL 1 15 Dette eksempel viser, hvorledes styring af kølekapaciteten opnås ved variation af drøvleventilen 13's stilling, hvorved trykket på højtrykssiden af strømkredsen varie res. Ved variation af trykket styres den specifikke køle-middelenthalpi ved fordamperindgangen, hvilket resulterer 20 i regulering af kølekapaciteten ved konstant massestrøm.

Vandindgangstemperaturen til fordamperen 14 holdes konstant på 20 °C, og vandindgangstemperaturen til varmeveksleren 11 holdes konstant på 35 “C. Vandcirkulationen 25 er konstant både i fordamperen 14 og i varmeveksleren 11. Kompressoren løber med konstant hastighed.

Fig. 6 viser variationen af kølekapaciteten Q, kompres-sorakseleffektiviteten W, trykket i højtrykssiden p

H

30 C02-massestrømmen m, C02-temperaturen ved fordamperudgan gen t , C02-temperaturen ved udgangen af varmeveksleren . 11 og væskeniveauet i receiveren h, når drøvleventilen 11 bliver betjent som angivet øverst i figuren. Indstillingen af drøvleventilpositionen er den eneste manipula-35 tion.

DK 167985 B1 14

Som det fremgår af figuren, styres kølekapaciteten Q let ved betjening af drøvleventilen 13. Det ses endvidere klart af figuren, at den cirkulerende massestrøm af CO2 ro under stabile betingelser er i hovedsagen konstant og 5 uafhængig af kølekapaciteten. CC^-temperaturen ved udgangen af varmeveksleren 11 t^ er også i hovedsagen konstant. Graferne viser, at kapacitetsvariationen er et resultat alene af varierende tryk i højtrykssiden pH· 10 Det ses også af diagrammet, at forøget tryk i højtrykssiden medfører en reduktion af beholderens væskeniveau h på grund af overføringen af CO 2 til kredsløbets højtryksside.

15 Det vil endelig bemærkes, at overgangsperioden under kapacitetsforøgelse ikke involverer nogen betydende overhedning ved fordamperudgangen, dvs. at der kun forekommer • små fluktuationer i t .

e 20 EKSEMPEL 2

Med højere vandindgangstemperatur til varmeveksleren 11 (f.eks. højere temperatur af omgivelserne) er det nødvendigt at forøge trykket i højtrykssiden for at opretholde 25 konstant kølekapacitet. Tabel 1 viser resultater af forsøg, der er udført med forskellige vandindgangstemperaturer til varmeveksleren 11 t .

w

Vandindgangstemperaturen til fordamperen holdes konstant 30 på 20 0C, og kompressoren løber med konstant hastighed.

Som tabellen viser, kan kølekapaciteten holdes i hovedsagen konstant, når omgivelsernes temperatur stiger, ved forøgelse af trykket i højtrykssiden. Massestrømmen af 35 kølemiddel er i hovedsagen konstant som vist. Forøget tryk indebærer en reduktion af beholderens væskeindhold, som det fremgår af væskeniveautallene.

15 DK 167985 B1

Tabel 1

Indgangstemperatur t 35,1 45,9 57,3 eC

5

Kølekapacitet Q 2,4 2,2 2,2 kW

Tryk i højtrykssiden pH 84,9 94,3 114,1 bar

Massestrøm m 0,026 0,024 0,020 kg/s Væskeniveau h 171 166 115 mm 10 _ EKSEMPEL 3

Fig. 7 er en grafisk repræsentation af transkritiske 15 kredsprocesser i entropi/temperaturdiagrammet. De i diagrammet viste proceskurver er baseret på målinger på laboratorieforsøgsanlægget under drift ved fem forskellige tryk i højtrykssiden. Fordampertrykket holdes konstant. Kølemidlet er C02· 20

Diagrammet giver et godt indtryk af kapacitetsstyreprincippet, idet det viser ændringer i specifik enthalpi h ved fordamperindgangen ved af variation af trykket p.

25 30 35

Claims

1. Fremgangsmåde ved regulering af et kompressionskøle-5 system omfattende en kompressor (10), en køler (11), et drøvleorgan (13) og en fordamper (14), der er forbundet i serie i et lukket kredsløb med overkritisk tryk på højtrykssiden, kendetegnet ved, at trykket i højtrykssiden reguleres ved variation af kølemiddelfyld-10 ningen i højtrykssiden af systemet ved at variere kølemiddelindholdet i en beholder, som udgør en integreret del af systemet, og hvor den specifikke ydelse af systemet påvirkes af trykreguleringen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at reguleringen gennemføres ved at variere kølemiddelindholdet i en beholder (16) på lavtrykssiden anbragt . mellem fordamperen (14) og kompressoren (10) alene ved brug af drøvleorganet (13). 20

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at variation af kølemiddelfyldningen i højtrykssiden opnås ved at bruge en ventil (21) og drøvleorganet (13) til at variere indholdet af kølemiddel ved overkritisk 25 tryk i en beholder (22) indkoblet i systemet mellem ventilen (21) og drøvleorganet (13). 1 Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at variation af kølemiddelfyldningen i højtrykssiden 30 af systemet opnås ved kontinuerligt at regulere tilførsel eller bortførsel af kølemiddel til eller fra en beholder (25) koblet til høj- og lavtrykssiden af systemet ved hjælp af ledninger med ventiler (23, 24) samtidig med at trykket i beholderen (25) holdes mellem systemets højtryk 35 og lavtryk. 17 DK 167985 B1

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at carbondioxid anvendes som kølemiddel i systemet.

6. Varme/køleanordning til udøvelse af fremgangsmåden 5 ifølge krav 1 omfattende en kompressor (10), en køler (11), et drøvleorgan (13) og en fordamper (14) forbundet i serie i et lukket kredsløb, som arbejder med overkritisk tryk på højtrykssiden, kendetegnet ved, . at anordningen endvidere omfatter en beholder (16) an-10 bragt mellem fordamperen (14) og kompressoren (10), og hvor drøvleorganet (13) er anbragt i systemet mellem køleren (11) og fordamperen (14) og benyttes til at regulere højtrykket i systemet ved at variere kølemiddelindholdet i beholder (16). 15

7. Anordning ifølge krav 6, kendetegnet ved, at en yderligere varmeveksler (12) er tilføjet systemet ved, at dens lavtryksindløb (17) er koblet til beholderen (16), og dens højtryksindløb er koblet til udløbet af kø- 20 leren (11), og at varmeveksleren (12) er anbragt i systemet mellem beholderen (16) og kompressoren (10).

8. Anordning ifølge krav 6, kendetegnet ved, at carbondioxid anvendes som kølemiddel i systemet. 25 30 35