HU213995B - Method for controlling the capacity of steam-compression cycle and apparatus for carrying out steam-compression cycle of controlled capacity particularly air-conditioning apparatus of automatic operation - Google Patents
Method for controlling the capacity of steam-compression cycle and apparatus for carrying out steam-compression cycle of controlled capacity particularly air-conditioning apparatus of automatic operation Download PDFInfo
- Publication number
- HU213995B HU213995B HU904128A HU412890A HU213995B HU 213995 B HU213995 B HU 213995B HU 904128 A HU904128 A HU 904128A HU 412890 A HU412890 A HU 412890A HU 213995 B HU213995 B HU 213995B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- refrigerant
- compression cycle
- capacity
- compressor
- high pressure
- Prior art date
Links
Abstract
A találmány tárgya eljárás gőzkőmpressziós körfőlyamatkapacitásának szabályőzására, valamint berendezés szabályőzőttkapacitású gőzkőmpressziós körfőlyamat megvalósítására, különö enaűtőmata működésű légkőndiciőnáló berendezés. Az eljárásnak, amelybengőzkőmpressziós körfőlyamat nagynyőmású őldalán kőmpresszőrból (10),hűtőként működő hőcserélőből (11), főjtóból (13) és elpár lőgtatóból(14) álló sőrős kapcsőlású zárt rendszerben kritikűst meghaladónyőmásőn állandó mennyiségű hűtőközeget áramőltatűnk, az a lényege,hőgy a hűtőközegnek a gőzkőmpressziós körfőlyamat nagyny mású őldalánáramőltatőtt mindenkőri mennyiségét pűfferként működő közbeiktatőtttartály (16) segítségével váltőztatjűk. A javasőlt berendezés azemlített zárt rendszert tartalmazza és lényege, hőgy hűtőközeg a zártrendszer nagynyőmású őldalán szűperkritikűs nyőmásőn van jelen, azelpárőlőgtató (14) és a kőmpresszőr (10) között kisnyőmású befőgadótartály (16) főlyadéktartalmának váltőztatásáv l kapacitásváltőztatására alkalmas. ŕ The present invention relates to a method for regulating the capacity of a steam masonry circular mantle, as well as an apparatus for implementing a steam-molding circular mantle of controlled capacity, in particular an air-deactivating air deactivation device. The process of applying a constant amount of refrigerant to a refrigerant in a cold-closed closed system of a stone press (10), a heat exchanger (11), a heater (13), and a pair of firefighters (14), in which the steam-molding circular mantle is high, is the essence of the vapor depression of the refrigerant. the amount of circular mantle with a large part of the cauliflower flowed by means of an intermediate container (16) acting as a punch. The proposed apparatus includes a closed system mentioned above, and the essence of the thermal coolant is the closing system in a high-voltage solder on a filter-driven shredder, which is capable of changing the capacity of the filler content (16) between the vaporizer (14) and the stone press (10). ŕ
Description
A találmány tárgya eljárás gőzkompressziós körfolyamat kapacitásának szabályozására és berendezés szabályozott kapacitású gőzkompressziós körfolyamat megvalósítására, különösen automata működésű légkondicionáló berendezés. Az eljárásban gőzkompressziós körfolyamat nagynyomású szakaszában kompresszorból, hűtőként működő hőcserélőből, fojtóból és elpárologtatóból álló soros kapcsolású zárt rendszert hasznosítunk és ebben kritikust meghaladó nyomáson állandó menynyiségü hűtőközeget áramoltatunk. A javasolt berendezés az említett zárt rendszert tartalmazza.The present invention relates to a method for controlling the capacity of a vapor compression cycle and to an apparatus for implementing a controlled capacity vapor compression cycle, in particular an automatic air conditioning system. The process utilizes a closed circuit system consisting of a compressor, a heat exchanger, a choke, and an evaporator in a high-pressure section of a vapor compression cycle, whereby a constant amount of refrigerant is introduced at a pressure above critical. The proposed apparatus includes said closed system.
A találmány szerinti eljárást és berendezést kritikusnál nagyobb nyomással jellemzett zárt körben áramló hűtőközeggel működő hűtőgépek, légkondicionáló berendezések és hőszivattyúk létrehozásánál, illetve működtetésénél hasznosítjuk, különösen az ilyen berendezések kapacitásának szabályozására és ellenőrzésére.The process and apparatus of the present invention are utilized in the design and operation of refrigerators, air-conditioning units and heat pumps operating in closed-circuit refrigerants characterized by higher than critical pressures, particularly for controlling and controlling the capacity of such units.
A hagyományos felépítésű gőzkompressziós berendezések, mint hűtőgépek, légkondicionáló berendezések vagy hőszivattyúk működésének alapelvét olyan, az 1. ábrán bemutatott berendezés mutatja, amelyben kompresszor (1), kondenzációt biztosító hőcserélő (2), fojtó vagy fojtószelep (3) és ugyancsak hőcserélőként működő elpárologtató (4) van sorosan kapcsolva. Ez a berendezés zárt körfolyamatot biztosít, benne megfelelő hűtőközeg áramlik. Az ilyen berendezések működésének alapelve a következő: a hűtőközegként alkalmazott gőz halmazállapotú közeg nyomását és hőmérsékletét a kompresszorral megemelik, ezután hőcserélőbe vezetik, ahol a gőzt lehűtik és cseppfolyósítják, így második hűtőközeget melegítenek fel. A nagynyomású folyadékot az elpárologtatáshoz szükséges mértékű fojtásnak vetik alá, a fojtószelepből kiáramoltatva hőmérsékletét megemelik. így a hűtőközeg forrásban levő folyadékként kerül az elpárologtatóba és párolgásával a környezetétől hőt von el. Az elpárologtató kimenetén kapott gőz halmazállapotú közeg a kompresszorba kerül vissza, így a körfolyamat zárul.The principle of operation of conventionally constructed steam compression equipment such as refrigerators, air conditioning units or heat pumps is illustrated by the apparatus shown in Figure 1, in which a compressor (1), a condensing heat exchanger (2), a throttle or throttle valve (3) and a heat exchanger 4) is connected in series. This unit provides a closed loop circuit with adequate refrigerant flow. The basic principle of such equipment operation is that the pressure and temperature of the vapor medium used as the refrigerant is raised by the compressor and then fed to a heat exchanger where the vapor is cooled and liquefied to heat a second refrigerant. The high-pressure fluid is subjected to a throttle to the extent necessary to evaporate, raising its temperature by exiting the throttle. Thus, the refrigerant enters the evaporator as a boiling liquid and removes heat from its surroundings by evaporation. The vapor medium at the outlet of the evaporator is returned to the compressor, thus closing the cycle.
A fentiekben vázolt hagyományos gőzkompressziós ciklust ismert módon a kritikusnál kisebb nyomásokon hatásos hűtőközegekkel, különösen az R-12 jelű vagy CF2CI2 összetételű vegyülettel valósítják meg, de ezeken kívül igen sok különböző anyag felhasználása ismert, vagy tettek ilyen hasznosítására javaslatot. A hűtőközeg megválasztása mindenekelőtt a kondenzációs folyamatokra jellemző hőmérsékletektől függ, hiszen a fluid közeg kritikus hőmérséklete határozza meg azt, hogy milyen mértékben lehet a kondenzáció hőmérsékletét emelni. A megbízható működés szempontjait szem előtt tartva általában olyan hűtőközeget választanak, amelyek kritikus hőmérséklete 20-30 K°-kal lépi túl a kondenzációra jellemző hőmérsékletet. Általában a kritikushoz közeli hőmérsékleteket a szokásos rendeltetésű és hagyományos felépítésű eszközök kialakításánál igyekeznek elkerülni.The conventional vapor compression cycle outlined above is known to be effected with refrigerants effective at less than critical pressures, in particular R-12 or CF 2 Cl 2, but many other materials are known or have been proposed for use. The choice of refrigerant depends primarily on the temperatures of the condensation processes, since the critical temperature of the fluid medium determines the extent to which the condensation temperature can be increased. For reasons of reliable operation, a refrigerant with a critical temperature of 20-30 K ° above the condensation temperature is usually selected. Generally, temperatures close to the critical are avoided when designing conventional and conventional devices.
Az ismertetett megoldások egyik legjobb összefoglalóját az American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers Inc. által kiadott Fundamentals (1989) és Refrigeration (1986) című kézikönyvek adják.Fundamentals (1989) and Refrigeration (1986) published by the American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers, Inc. are one of the best summaries of the disclosed solutions.
A halogénezett szénhidrogének és különösen a freon néven ismert vegyületek által a Föld ózonpajzsára kifejtett káros hatást széles körben igen valószínűnek tartják. Ennek köszönhetően erőteljes nemzetközi akciók indultak annak érdekében, hogy az ilyen jellegű anyagok felhasználását korlátozzák, illetve betiltsák. Ezért az igény a jelenleg alkalmazott eljárások és berendezések olyan értelmű módosítására, hogy a felhasználható hűtőközegek szélesebb köre álljon rendelkezésre.Harmful effects on the Earth's ozone shield by halogenated hydrocarbons, in particular compounds known as freon, are widely considered highly probable. As a result, strong international actions have been launched to restrict or prohibit the use of such substances. Therefore, there is a need to modify current processes and equipment to provide a wider range of refrigerants that can be used.
A hagyományos gőzkompressziós ciklusra támaszkodó eljárások és berendezések kapacitását mindenekelőtt az elgőzölögtetőn átáramoltatott hűtőközeg tömegáramának szabályozásával érik el. Ezt például a kompresszor teljesítményének, a fojtó minőségének megválasztásával, illetve az áramlás megosztásával érik el. Ennek következményeként a hűtőközeg áramoltatásának útja bonyolulttá válik, a körben különleges alkatrészekre van szükség, azt kiegészítő berendezésekkel és felszerelésekkel kell ellátni. Mindezek eredményeként a hatékonyság csökken, a megbízhatóság leromlik, egyéb kedvezőtlen hatásokkal is számolni kell.The capacity of processes and equipment based on the conventional vapor compression cycle is primarily achieved by controlling the mass flow rate of refrigerant through the evaporator. This is achieved, for example, by choosing compressor performance, choke quality, or flow sharing. As a result, the flow of refrigerant is complicated, requiring special components in the circuit and providing additional equipment and equipment. As a result, efficiency is reduced, reliability is eroded, and other adverse effects have to be considered.
A folyadékáramoltatás szokásos szabályozási eszköze a termosztatikus expanziós szelep, amelyet az elgőzölögtető kimenetén kapott hő feleslegével szabályoznak. A különböző működtetési feltételek között szükséges megbízható szelepműködést úgy érik el, hogy az elgőzölögtető teljesítményének egy jelentős részét a hűtőközeg túlfűtésére hasznosítják, aminek eredménye viszont a hőátadási tényező viszonylag kis értéke.A common means of controlling fluid flow is a thermostatic expansion valve, which is controlled by excess heat from the evaporator outlet. Reliable valve operation required under various operating conditions is achieved by utilizing a significant portion of the evaporator's power to overheat the refrigerant, which in turn results in a relatively low heat transfer coefficient.
A hagyományos módon végrehajtott gőzkompreszsziós körfolyamat kondenzációs lépésében a hő elvonása általában azonos hőmérsékleten történik. Ezért jelentős termodinamikai veszteségekkel kell számolni, amikor nagy hőmérséklet-különbségek vannak a kondenzációs folyamat és a másodlagos hűtőközeg hőmérséklete között, ez utóbbi hőmérséklete jelentős mértékben megemelkedik. A nagy mértékű hőmérsékletnövekedéssel mindenekelőtt a hőszivattyús alkalmazásoknál kell számolni, vagy azoknál a berendezéseknél, amelyekben a másodlagos hűtőközeg mennyisége kicsi.In the condensation step of a conventional vapor compression cycle, the heat is generally extracted at the same temperature. Therefore, significant thermodynamic losses are to be expected when there is a large temperature difference between the condensation process and the temperature of the secondary refrigerant, which increases significantly. A large increase in temperature is to be expected especially in heat pump applications or in installations where the amount of secondary refrigerant is small.
Korábban is ismertek voltak olyan gőzkompressziós körfolyamatok, amelyeknél a kritikus nyomást meghaladó nyomásértékeket használtak. Mintegy 40-50 évvel ezelőtt vezették be a halogénezett szénhidrogének alkalmazását, az előtt hűtőközegként általában a szén-dioxidot használtak, különösen hajókon élelmiszer és áru tartósítására. A szén-dioxidot alkalmazó berendezéseknél és rendszereknél általában a kritikus alatti nyomásokat hasznosították gőzölögtetéssel és kondenzációval. Előfordult azonban, és különösen a trópusi tengereken, ahol a hűtővízként hasznosított tengervíz hőmérséklete túlságosan magas volt, hogy a kritikusnál nagyobb nyomást kellett a körfolyamat nagynyomású oldalán biztosítani, ellenkező esetben a szokványos kondenzációs folyamat nem zajlott le. (A szén-dioxid kritikus hőmérséklete egyébként -31 °C.) Ebben a helyzetben szokásos gyakorlat volt, hogy a nagynyomású oldalon a hűtőközeg tömegét olyan mértékben emelték, hogy a kompresszor kilépési oldalán mintegy 9-10 Mpa (90-100 bar) nyomás uralkodjon, aminek eredményeként a hűtőkapa2Steam compression cycles using pressures in excess of critical pressure have been previously known. About 40-50 years ago, the use of halogenated hydrocarbons (CFCs) was introduced, and before that carbon dioxide was generally used as a refrigerant, especially on ships for preserving food and merchandise. Carbon dioxide equipment and systems have generally utilized below critical pressures by evaporation and condensation. However, and especially in tropical seas where the temperature of the seawater used as cooling water was too high, the pressure on the high pressure side of the cycle had to be exceeded, otherwise the normal condensation process did not take place. (The critical temperature for carbon dioxide is -31 ° C, by the way.) In this situation, it was common practice to increase the mass of refrigerant on the high pressure side to maintain a pressure of about 9-10 MPa (90-100 bar) on the compressor outlet side. , resulting in a refrigerator hoe2
HU 213 995 Β citás megfelelő szinten maradt. Ilyen megoldások ismerhetők meg a korábbi irodalmi közleményekből, például a Springer Verlag által 1933-ban kiadott „Kalteprozesse” című könyvből (szerzője P. Ostertag), vagy a J. Wiley által 1937-ben kiadott „Refrigeration Engineering” című könyvből (szerzője H. J. Maclntire).EN 213 995 Β citations remained at an adequate level. Such solutions can be found in earlier literary publications, such as Springer Verlag's 1933 book "Kalteprozesse" (by P. Ostertag) or J. Wiley's 1937 book "Refrigeration Engineering" by HJ Maclntire ).
A régebben használatos, szén-dioxidra támaszkodó rendszerekben a szokásos megoldás az volt, hogy a hűtőközeg mennyiségét külön tartóhengerek beiktatásával növelték, ha erre szükség volt. A kondenzáló berendezés után beiktatott fogadótartály szokásos módon nem alkalmas a jelen találmány elé kitűzött feladat megoldására.In conventional carbon-based systems, the conventional solution was to increase the amount of refrigerant by inserting separate holding cylinders when needed. The receiving container inserted after the condensing device is not normally suitable for the purpose of the present invention.
A nagynyomású oldalon kritikusnál nagyobb nyomású gőzkompressziós ciklusra épülő eszközök kapacitásának és hatékonyságának növelésére a DE-278095 lsz. német szabadalom (1912) mutat példát. Az itt ismertetett megoldás szerint kétfokozatú kompressziót hajtanak végre, a kritikusnál nagyobb nyomású tartományban közbenső hűtéssel. A szokásos felépítésű rendszerekhez képest ennek hátránya az, hogy kiegészítő kompresszorra, illetve szivattyúra, továbbá hőcserélőre van szükség.To increase the capacity and efficiency of devices based on a vapor compression cycle with a pressure higher than critical on the high pressure side, DE-278095 discloses the use of high-pressure vapor compression equipment. German Patent (1912) provides an example. In the embodiment described herein, two-stage compression is performed with intermediate cooling at a pressure range higher than critical. The disadvantage of conventional systems is that they require an additional compressor or pump and a heat exchanger.
A W. B. Gosney szerkesztésében 1982-ben megjelent „Principles of Refrigeration” című könyv (Cambridge Univetsity Press) azt emeli ki, hogy a kritikushoz közeli nyomáson biztosított működés során több különleges jelenséggel kell számolni. A szerzők azt javasolják, hogy a hűtőközeg mennyiségének növelésekor a nagynyomású oldalon a fojtószelepet időszakosan zárják le, hogy így az elgőzölögtetőből meghatározott anyagmennyiség eltávozhasson. Ennek hátránya azonban az, hogy az elgőzölögtetőben folyadékhiány keletkezik, ami a kapacitást éppen akkor csökkenti le, amikor arra a leginkább szükség lenne.The book "Principles of Refrigeration" (Cambridge Univetsity Press), edited by W. B. Gosney in 1982, emphasizes that there are several special phenomena to be considered when operating under pressure close to the critical. The authors suggest that when increasing the amount of refrigerant on the high pressure side, the throttle valve is periodically closed to allow a certain amount of material to escape from the evaporator. However, this has the disadvantage that the evaporator produces dehydration, which reduces capacity just when it is most needed.
A találmány feladata olyan új, egyszerű és hatékony eljárás illetve berendezés kidolgozása, amellyel a kritikusnál nagyobb nyomáson megvalósuló körfolyamatot hasznosító eljárások és berendezések kapacitása jól szabályozható és ellenőrizhető, az ismert megoldások hátrányai nélkül. A feladat továbbá olyan gőzkompressziós ciklus létrehozása, amelynél a halogénezett szénhidrogénekből álló hűtőközegek alkalmazása elkerülhető, amely a környezeti, biztonsági és kereskedelmi szempontokat figyelembe véve optimális hűtőközegekkel, különösen szén-dioxiddal megvalósítható.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a novel, simple and effective process and apparatus for controlling and controlling the capacity of process and apparatus utilizing high-pressure cycles without the disadvantages of prior art. It is a further object to provide a vapor compression cycle that avoids the use of refrigerants consisting of halogenated hydrocarbons, which can be achieved with optimal refrigerants, especially carbon dioxide, from an environmental, safety and commercial point of view.
Ugyancsak feladata a találmánynak az említett típusú berendezéseknél a kapacitás szabályozására szolgáló olyan eljárás létrehozása, amelynél a hűtőközeg gyakorlatilag állandó nagyságú tömegárama, egyszerű kapacitásváltoztatás valósítható meg a fojtó megfelelő működtetésével. Még további feladatként jelentkezik olyan körfolyamat létrehozása, amelynél kis mennyiségű másodlagos hűtőközeget kiszolgáló és/vagy azt jelentős mértékben megemelt hőmérsékletre hevítő hőcserélőben jelentkező hőveszteségek csökkenthetők.It is also an object of the present invention to provide a method for controlling the capacity of such types of apparatus in which a substantially constant mass flow of refrigerant, a simple change in capacity, can be achieved by proper operation of the throttle. Yet another object is to provide a circulating process for reducing heat losses in a heat exchanger serving a small amount of secondary refrigerant and / or heating it to a significantly elevated temperature.
A kitűzött feladat megoldására olyan eljárást és berendezést dolgoztunk ki, amely lehetővé teszi a kritikusnál nagyobb nyomások melletti működést, amikoris a nagynyomású oldalon a kritikusnál nagyobb, a kisnyomású oldalon a kritikusnál nagyobb nyomással járó termodinamikaijellemzőket hasznosítjuk a hűtő és fütőkapacitás szabályozására.In order to solve this problem, we have developed a process and apparatus that allows operation at pressures greater than critical, utilizing thermodynamic characteristics at high pressure side at higher pressure and low pressure at high pressure to control cooling and heating capacity.
A találmány alapja az a felismerés, hogy a szabályozást az elgőzölögtető beömlésénél a fajlagos entalpia szabályozásával kell biztosítani, amihez a fojtó alkalmazásával járó nyomást célszerűen kell megválasztani. A kapacitást azzal szabályozzuk, hogy az elgőzölögtetőben a hűtőközeg entalpia különbségét változtatjuk, mégpedig a fojtás alkalmazása előtt a hűtőközeg fajlagos entalpiájának befolyásolásával. A kritikusnál nagyobb nyomások esetében ezt a nyomás és a hőmérséklet egyidejű változtatásával biztosíthatjuk. Különösen célszerű, ha a fajlagos entalpiát a fojtás előtti nyomásszabályozással állítjuk be. A hűtőközeget a körülményekhez képest annyira hűtjük le, amennyire csak lehetséges, míg a nyomást hasznosítjuk a kívánt entalpia biztosítására.The invention is based on the recognition that control at the inlet of the evaporator must be provided by controlling the specific enthalpy, for which the pressure exerted by the choke must be appropriately selected. The capacity is controlled by varying the enthalpy difference of the refrigerant in the evaporator by affecting the specific enthalpy of the refrigerant prior to applying the choke. For pressures greater than critical, this can be achieved by simultaneously changing pressure and temperature. It is particularly advantageous to adjust the specific enthalpy by controlling the pressure before the throttle. The refrigerant is cooled as much as possible under the circumstances, while the pressure is utilized to provide the desired enthalpy.
A kitűzött feladat megoldására egyrészt gőzkompressziós körfolyamat kapacitásának szabályozására szolgáló eljárást hoztunk létre, amikor is gőzkompressziós körfolyamat nagynyomású szakaszában kompresszorból, hűtőként működő hőcserélőből, fojtóból és elpárologtatóból álló soros kapcsolású zárt rendszerben kritikust meghaladó nyomáson állandó mennyiségű hűtőközeget áramoltatunk, és a találmány értelmében a hűtőközegnek, célszerűen szén-dioxidnak a zárt rendszer nagynyomású oldalán áramoltatott állandó mennyiségét változtatjuk és ezzel a körfolyamat kapacitását szabályozzuk.In order to solve this problem, on the one hand, we have established a method for controlling the capacity of a vapor compression cycle, whereby in a high-pressure section of a vapor compression cycle, changing the constant amount of carbon dioxide flowing over the high pressure side of the closed system to control the capacity of the cycle.
A találmány szerinti eljárásban a kapacitás szabályozására több lehetőség adódik, ezek közül különösen előnyösek a következők:In the process of the invention, there are several possibilities for controlling the capacity, of which the following are particularly preferred:
1. a kapacitás szabályozásakor a zárt rendszert kritikus értéket meghaladó nyomáson tartjuk, ezt a nyomást moduláljuk, a folyékony halmazállapotú hűtőközeg mennyiségét az elpárologtató és a kompresszor között elhelyezett, a hűtőközeget befogadó, kisnyomáson tartott befogadó tartállyal a fojtó kizárólagos használatával szabályozzuk;1. regulating the capacity by maintaining the closed system at a pressure above a critical value, modulating said pressure by controlling the amount of the liquid refrigerant between the evaporator and the compressor by the use of a low pressure receptacle holding the refrigerant;
2. a folyadékáramlási rendszer nagynyomású oldalán a hűtőközeg állandó mennyiségét a fojtó és a kompresszor között beiktatott szelep és a fojtó modulálásával változtatjuk, ezzel a kritikust meghaladó nyomású hűtőközeg mennyiségét a szelep és a fojtó közötti beiktatott tartályban változtatjuk;2. modifying the constant amount of refrigerant on the high pressure side of the fluid flow system by modulating the valve between the throttle and the compressor and the throttle, thereby adjusting the amount of refrigerant above the critical pressure in the reservoir between the valve and the throttle;
3. a zárt rendszer nagynyomású oldalán a hűtőközeg állandó mennyiségét a zárt rendszer nagy- és kisnyomású oldalai közé szelepekkel ellátott vezetékek révén beiktatott kiegészítő tartályba bevezetett vagy abból kivett hűtőközeg mennyiségi változtatásával szabályozzuk és a kiegészítő tartályban a nyomást a zárt rendszer kis- és nagynyomású oldalaira jellemző nyomásértékek között tartjuk.3. controlling the constant amount of refrigerant on the high pressure side of the closed system by varying the amount of refrigerant introduced into or removed from the high and low pressure sides of the closed system by means of valves through valves and the pressure in the auxiliary reservoir pressures.
A találmány szerinti eljárás foganatosítása során igen célszerű, ha az elpárologtató kimenetén folyadékból és gőzből álló kétfázisú keveréket további, célszerűen ellenáramú kialakítású kiegészítő hőcserélő kimenetén folyadékfelesleg biztosítása mellett tartjuk fenn, amikoris a kis nyomású hűtőközeget elpárologtatjuk és a nagy nyomású hűtőközegből nyert hő segítségével a kompresszorba való bevezetés előtt elpárologtatjuk és túlhevítjük.In carrying out the process of the present invention, it is highly desirable to maintain a biphasic mixture of liquid and vapor at the outlet of the evaporator with an additional countercurrently formed auxiliary heat exchanger outlet with excess liquid, wherein the low pressure refrigerant is evaporated to high pressure refrigerant. evaporate and reheat before introduction.
HU 213 995 ΒHU 213 995 Β
Ugyancsak a kitűzött feladat megoldásaként szabályozott kapacitású gőzkompressziós körfolyamat megvalósítását lehetővé tevő berendezést, különösen automata működésű légkondicionáló berendezést dolgoztunk ki, amely soros elrendezésben kompresszort, hütő működésű hőcserélőt, fojtót és elpárologtatót tartalmaz, amelyek integrális zárt rendszert alkotnak, és a találmány értelmében a hűtőközeg, előnyösen szén-dioxid a zárt rendszer nagynyomású oldalán szuperkritikus nyomáson van jelen, az elpárologtató és a kompresszor között kisnyomású befogadó tartály folyadéktartalmának változtatásával kapacitás változtatására alkalmas főj tóval kapcsolódik.Also, as a solution to the object of the present invention, there is provided apparatus for realizing a controlled capacity steam compression cycle, in particular an automatic air conditioning system comprising a compressor, a cooled heat exchanger, a choke and an evaporator in a series arrangement, carbon dioxide is present on the high pressure side of the closed system at supercritical pressure, and is coupled to a capacitor capable of varying capacity by varying the liquid content of the low pressure receiving vessel between the evaporator and the compressor.
A javasolt berendezés egy különösen előnyös kiviteli alakjában kis nyomáson működő befogadó tartály a kompresszorra vezethető csatlakozáson keresztül célszerűen ellenárammal működtetett kiegészítő hőcserélővel van ellátva, amely nagynyomású beömlésével a hűtő működésű hőcserélővel van csatlakoztatva, a kiegészítő hőcserélő a zárt rendszerben a befogadó tartály és a kompresszor között van beiktatva.In a particularly preferred embodiment of the proposed apparatus, the low pressure receptacle is provided with a countercurrently operated auxiliary heat exchanger through a connection to the compressor which is connected to the coolant heat exchanger by a high pressure inlet, the auxiliary heat exchanger being in the closed system inserted.
A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti kiviteli alakok, illetve megvalósítási módok alapj án, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon azThe present invention will now be described in more detail with reference to exemplary embodiments and embodiments, with reference to the accompanying drawings. In the drawing it is
1. ábra: ismert gőzkompressziós körfolyamatot megvalósító, kritikusnál kisebb nyomáson működő berendezés vázlata, aFig. 1 is a schematic diagram of a device operating a known vapor compression cycle at less than critical pressure;
2. ábra: a találmány szerinti eljárást kritikusnál nagyobb nyomás hasznosításával megvalósító berendezés egy célszerű kiviteli alakjának vázlata, amikor is elgőzölögtetőben hűtőközeget folyékony halmazállapotban befogadó külön teret biztosítunk, aFigure 2 is a schematic diagram of a preferred embodiment of the apparatus of the present invention utilizing more than critical pressure to provide a separate space for receiving refrigerant in a liquid state in the evaporator;
3. ábra: a találmány szerinti eljárást kritikusnál nagyobb nyomás hasznosításával megvalósító berendezés egy másik célszerű kiviteli alakjának vázlata, amikor is két szelep közötti fluidáramlási útba közvetlenül nyomásedényt iktatunk be, aFigure 3 is a schematic diagram of another preferred embodiment of an apparatus for utilizing the process of the present invention at a pressure greater than critical, wherein a pressure vessel is directly inserted into a fluid flow path between two valves;
4. ábra: a találmány szerinti eljárást kritikusnál nagyobb nyomás hasznosításával megvalósító berendezés egy további célszerű kiviteli alakjának vázlata, amikor is hűtőközeget kritikusnál nagyobb nyomáson folyadékként tartalmazó külön tartályt iktatunk be, azFigure 4 is a schematic diagram of another preferred embodiment of an apparatus for utilizing the process of the present invention at a pressure greater than critical, wherein a separate container containing refrigerant as a liquid at a pressure greater than critical is inserted;
5. ábra: a 2., 3. vagy 4. ábra szerinti berendezésben a kritikusnál nagyobb nyomású gőzkompressziós körfolyamatraj ellemző nyomás-entalpia görbék lefutása különböző működtetési feltételek mellett, aFig. 5 is a graph of the pressure-enthalpy curves of the vapor compression cycle for the apparatus of Figures 2, 3, or 4 at higher than critical pressure under various operating conditions;
6. ábra: a találmány szerinti nyomásszabályozási eljárás hasznosításával biztosított hűtési kapacitás szabályozási lehetőségeit bemutató diagrammok sorozata, amelyeket a találmány szerinti berendezés egy célszerű kiviteli alakjának működtetése során végzett mérésekkel nyertünk, míg aFig. 6 is a series of diagrams illustrating the control capabilities of the cooling capacity provided by utilizing the pressure control method of the present invention obtained from measurements made during operation of a preferred embodiment of the apparatus of the present invention;
7. ábra: a 2. ábra szerinti, a gőzkompressziós körfolyamatot kritikusnál nagyobb nyomáson szén-dioxid felhasználásával megvalósító berendezésnél a hőmérséklet és az entalpia összefüggését bemutató görbék sorozata különböző nyomások mellett.Figure 7 is a series of graphs depicting the relationship between temperature and enthalpy at various pressures using the carbon dioxide vapor compression cycle of Figure 2 at a pressure higher than critical.
A jelen találmány értelmében olyan berendezést hozunk létre, amely a gőzkompressziós körfolyamatot kritikusnál nagyobb nyomás mellett olyan hűtőközeg felhasználásával biztosítja, amelynek kritikus hőmérséklete a hőbemenetnél nagyobb és a hőátadásnál kisebb hőmérsékleten van, továbbá amelyben a fluid közeg zárt körben áramlik és hűtőközegként működik.In accordance with the present invention, there is provided apparatus for providing a vapor compression cycle at a pressure higher than critical using a refrigerant having a critical temperature higher than the heat input and lower than the heat transfer, and in which the fluid flows in a closed loop and acts as a refrigerant.
Az alkalmazott fluid közegek között van például az etilén (C2H4), a diborán (B2H6), a szén-dioxid (CO2), az etán (C2H6) és a dinitrogén-oxid (N2O).Fluid media used include, for example, ethylene (C 2 H 4 ), diborane (B 2 H 6 ), carbon dioxide (CO 2 ), ethane (C 2 H 6 ) and nitrous oxide (N 2). SHE).
A körfolyamatot megvalósító zárt rendszer hűtőközeget áramoltató hurokként van kiképezve, amelyhez kiegészítő tartály tartozik. A 2. ábra szerinti kiviteli alaknál a kiegészítő tartály az elgőzölögtető rendszer elválaszthatatlan részét képezi. A zárt rendszer 10 kompresszort, 11 hőcserélőt, általában ellenáramlású 12 kiegészítő hőcserélőt és 13 fojtót tartalmazó soros elrendezéssel van kiképezve. A 13 fojtót tetszőleges más egység is helyettesítheti, amellyel folyadékáramlás expandálása végezhető. A13 fojtó 14 elpárologtatóra, mint hőcserélőre van vezetve, amely a 12 kiegészítő hőcserélő ellenáramú, kisnyomású oldalához kapcsolódó, folyadékot és gőzt elválasztó 16 befogadó tartály csatlakozik. A 16 befogadó tartály felső része egyrészt a 12 kiegészítő hőcserélő kisnyomású oldalára, illetve a 10 kompresszor 19 bemenetére, másrészt a 14 elpárologtató 15 kimenetére van vezetve. Ez utóbbi egyébként a 16 befogadó tartály alsó részére is csatlakoztatható.The closed system for carrying out the process is designed as a refrigerant flow loop with an additional container. In the embodiment of Figure 2, the auxiliary vessel is an integral part of the evaporation system. The closed system is configured in a series arrangement comprising a compressor 10, a heat exchanger 11, a generally countercurrent auxiliary heat exchanger 12 and a throttle 13. The throttle 13 may be replaced by any other unit for expanding the fluid flow. The throttle 13 is led to an evaporator 14 as a heat exchanger, which is connected to a counter-current, low-pressure side of the auxiliary heat exchanger 12 for receiving liquid and vapor separators. The upper portion of the receiving vessel 16 is guided to the low pressure side of the auxiliary heat exchanger 12 and to the inlet 19 of the compressor 10 and to the outlet 15 of the evaporator 14 respectively. The latter can also be connected to the lower part of the receptacle 16.
Az ellenáramú 12 kiegészítő hőcserélőre nem feltétlenül van szükség aj avasolt berendezés működtetéséhez, de beépítésével a működés hatékonysága javul, különösen a kapacitás növekedésének tekintetében. Segítségével a 10 kompresszorba az olaj is visszajuttatható. Ebből a célból a 16 befogadó tartály folyadékot tartalmazó alsó része a 2. ábra szerinti szaggatott vonalú kapcsolat megvalósításával szívóvezetékbe iktatható, mégpedig akár 17 csatlakozással a 12 kiegészítő hőcserélő kisnyomású oldala előtt, akár pedig 18 csatlakozással a kisnyomású oldal után, oly módon, hogy a szívóvezeték a 10 kompresszor 19 bemenetére kapcsolódik. A hűtőközeg és az olaj, tehát a folyadék áramlása szükség szerint megfelelő, a rajzon nem bemutatott eszközzel szabályozható. Mivel a gőzöket elvezető vezetékbe a hűtőközeg egy része folyékony halmazállapotban kerül, a 14 elpárologtató 15 kimenetén folyadékfelesleg jelentkezhet.The countercurrent auxiliary heat exchanger 12 is not necessarily required to operate the equipment described, but its incorporation improves operational efficiency, particularly in terms of capacity increase. It can also return oil to the compressor 10. To this end, the lower portion of the receiving vessel 16 can be inserted into the suction line by the dotted line connection of FIG. 2, with either 17 connections before the low pressure side of the auxiliary heat exchanger 12 or 18 after the low pressure side. connected to the inlet 19 of the compressor 10. The flow of the refrigerant and the oil, i.e. the liquid, can be controlled as required by means not shown in the drawing. As a portion of the refrigerant enters the vapor outlet duct, excess liquid may occur at the outlet 15 of the evaporator 14.
A találmány szerinti berendezés egy másik kiviteli lehetőségét a 3. ábra mutatja be. Ebben az esetben a hűtőközeg mint munkafolyadék befogadására 22 tartály szolgál, amely a zárt rendszerben a 13 fojtó és a 12 kiegészítő hőcserélő után beiktatott 21 szelep között van elrendezve. A 10 kompresszor és a 11 hőcserélő az 1. ábrával azonos módon van elrendezve. Ennél az elrendezésnél az ellenáramú 12 kiegészítő hőcserélőre tulajdonképpen nincs szükség, az minden következmény nélkül elhagyható. A 22 tartályban a nyomás a folyadékáramlás maximális és minimális nyomása közötti értékre áll be.Another embodiment of the device according to the invention is illustrated in Figure 3. In this case, a reservoir 22 is provided for receiving the refrigerant as a working fluid, which is arranged between the throttle 13 and the valve 21 installed after the auxiliary heat exchanger 12 in the closed system. The compressor 10 and the heat exchanger 11 are arranged in the same manner as in FIG. In this arrangement, the countercurrent auxiliary heat exchanger 12 is virtually unnecessary and can be omitted without consequences. The pressure in the reservoir 22 is set between the maximum and minimum pressure of the fluid flow.
A 4. ábra a találmány szerinti berendezés egy még további kiviteli lehetőségét illusztrálja. Ebben az esetben a hűtőközeg mint munkafolyadék időleges befogadására 25 kiegészítő tartály szolgál, amelynek nyomását ugyan4Figure 4 illustrates a further embodiment of the apparatus according to the invention. In this case, 25 additional tanks with a pressure of 4
HU 213 995 Β csak a zárt rendszer maximális és minimális nyomása közötti érték határozza meg. A 25 kiegészítő tartály bemenetén és kimenetén egy-egy 23 és 24 szelep helyezkedik el, amelyek a javasolt berendezés nagy- és kisnyomású oldalaihoz kapcsolódnak.EN 213 995 Β only determined by the value between maximum and minimum pressure of the closed system. At the inlet and outlet of the auxiliary reservoir 25 are valves 23 and 24, respectively, which are connected to the high and low pressure sides of the proposed apparatus.
A javasolt berendezés működése során a hűtőközeget alkalmasan választott, a kritikusnál nagyobb nyomásra sűrítjük a 10 kompresszor segítségével, ahol a 10 kompresszor 20 kimenetén uralkodó nyomást az 5. ábra a pontja jelöli. A hűtőközeg all hőcserélőn halad át, ott b állapotba kerül, lehűlése révén megfelelő hűtőközegnek, például levegőnek vagy víznek hőt ad át. Szükség szerint a 12 kiegészítő hőcserélőben az ellenáramú közeggel a hűtőközegből további hő vonható el, amivel az c állapotba kerül. Ezután a 13 fojtó alkalmazása révén d állapot alakul ki, amire a kétfázisú keverék állapota jellemző. Itt a hűtőközeg gáz és folyadék keverékéből áll, ezt a 3. ábrán is d állapot jelöli. A hűtőközeg a 14 elpárologtatóban a folyadékfázis elpárolgása révén hőt vesz fel. így a 14 elpárologtató 15 kimenetén e állapotba kerül, amelyből a hűtőközeg gőze az ellenáramú 12 kiegészítő hőcserélőben f állapotra hevíthető, mielőtt a 10 kompresszor 19 bemenetére jutna. így a körfolyamat önmagába visszatér. A 2. ábrán bemutatott kiviteli alaknál a 14 elpárologtató 15 kimenetén uralkodó e állapot még kétkomponensű keverékre jellemző, mivel a 14 elpárologtatóból folyadékfelesleget tartalmazó anyag távozik.During operation of the proposed apparatus, the refrigerant is compressed to a suitable pressure greater than the critical pressure by means of the compressor 10, wherein the pressure at the outlet 20 of the compressor 10 is depicted in FIG. The refrigerant passes through a heat exchanger all, where it enters the b state, and when cooled, transfers heat to a suitable refrigerant, such as air or water. If necessary, additional heat may be removed from the refrigerant by the countercurrent medium in the auxiliary heat exchanger 12 to bring it to c. Thereafter, the use of the throttle 13 produces a state d, which is characterized by the state of the biphasic mixture. Here, the refrigerant consists of a mixture of gas and liquid, which is also indicated by d in Figure 3. The refrigerant absorbs heat in the evaporator 14 by evaporation of the liquid phase. Thus, at the outlet 15 of the evaporator 14, it is in this state, from which the refrigerant vapor in the countercurrent auxiliary heat exchanger 12 can be heated to f before it reaches the inlet 19 of the compressor 10. so the cycle returns to itself. In the embodiment shown in Fig. 2, this condition prevailing at the outlet 15 of the evaporator 14 is still characteristic of a two-component mixture, since the liquid leaving the evaporator 14 contains excess liquid.
A kritikusnál nagyobb nyomás mellett működő berendezés kapacitásának változtatása a 14 elpárologtató beömlésénél kialakuló hűtési állapot, azaz d állapot változtatásával lehetséges (5. ábra). A hűtőközeg tömegegységére számított hűtőkapacitás a d és e állapotra jellemző entalpiák különbségéből adódik. Ezt az entalpiakülönbséget az 5. ábra szerinti entalpia-nyomás görbe függőleges tengelye mentén mérhetjük le.The capacity of the apparatus operating at more than critical pressure can be varied by changing the cooling state at the inlet of the evaporator 14, i.e., the state d (Figure 5). The cooling capacity per unit mass of refrigerant is due to the difference between the enthalpies of state d and e. This enthalpy difference can be measured along the vertical axis of the enthalpy-pressure curve of FIG.
A 13 fojtó alkalmazása állandó entalpiájú folyamatot jelent, így a d állapothoz a c állapottal egyenlő entalpia tartozik. Ennek megfelelően állandó térfogatáramlás mellett a hűtőkapacitás (amit például kW-ban fejezünk ki) a c állapothoz tartozó entalpia változtatásával szabályozható.The application of the throttle 13 represents a process of constant enthalpy, so that state d has an enthalpy equal to state c. Accordingly, at a constant flow rate, the cooling capacity (expressed in kW, for example) can be controlled by varying the enthalpy of state c.
Ki kell emelni, hogy a 11 hőcserélő a nagynyomású egyfázisú gőzt nem kondenzálja, hanem csak hőmérsékletét szabályozza, miközben a hűtőközeg a kritikusnál nagyobb nyomású körfolyamatban vesz részt. All hőcserélőben a hűtőközeg b állapotához tartozó végső hőmérséklet néhány fokkal a belépő hűtőlevegő vagy hűtővíz hőmérséklete felett lehet, ha az ellenáramlást fenntartjuk. A nagynyomású gőzt c állapotba hozva a hőmérséklet néhány fokkal csökkenthető, mégpedig a 12 kiegészítő hőcserélő ellenáramú közegének felhasználásával. Ennek megfelelően azonban a hűtőlevegő vagy hűtővíz állandó térfogatát és hőmérsékletét fenntartva a c állapothoz tartozó hőmérsékletet lényegében állandó szinten lehet tartani, függetlenül a nagynyomású oldalon uralkodó nyomástól.It should be noted that the heat exchanger 11 does not condense the high pressure single phase vapor but only regulates its temperature while the refrigerant is involved in a cycle of more than critical pressure. In the All heat exchanger, the final temperature of the refrigerant state b may be a few degrees above the temperature of the incoming cooling air or cooling water if the countercurrent is maintained. By bringing the high pressure steam to position c, the temperature can be reduced by a few degrees using the countercurrent medium of the auxiliary heat exchanger 12. Accordingly, while maintaining a constant volume and temperature of cooling air or cooling water, the temperature for condition c can be maintained substantially constant, regardless of the pressure on the high pressure side.
A fentiekből következően a berendezés kapacitásának változtatása a nagynyomású oldal nyomásának változtatásával lehetséges, míg a c állapothoz tartozó hőmérséklet lényegében állandó marad. A kritikus pont környezetében az izotermák görbülete olyan, hogy az entalpia az 5. ábra szerint változik a nyomással. Az ábra a-b-c-d-e-f referencia körfolyamatot mutat, emellett ábrázolja a nagynyomású oldalon csökkentett nyomás miatt bekövetkező kapacitáscsökkentést, mégpedig az a'-b'c'-d'-e-f körfolyamatot, továbbá a nagynyomású oldalon emelt nyomás révén bekövetkező kapacitásemelkedést, mégpedig az a-b-c-d-e-f körfolyamatot. A 14 elpárologtató nyomását állandónak tételezzük fel.As a result, the capacity change of the apparatus is possible by varying the pressure of the high pressure side, while the temperature at state c remains substantially constant. The curvature of the isotherms around the critical point is such that the enthalpy changes with pressure as shown in Figure 5. The figure illustrates the reference cycle a-b-c-d-e-f, and illustrates the capacity reduction due to reduced pressure on the high pressure side, the circuit a'-b'c'-d'-e-f, and the increase in capacity due to elevated pressure on the high side. The pressure of the evaporator 14 is assumed to be constant.
A nagynyomású oldalon a nyomás lényegében a hőmérséklettől független, mivel ezen az oldalon egyfázisú fluid közeg van jelen. A nyomás változtatásához a hűtőközeg mennyiségét a nagynyomású oldalon változtatni kell, vagyis ott a változásnak megfelelően a hűtőközeg kiegészítő mennyiségét kell bevezetni, illetve egy adott mennyiségét eltávolítani. Ezeket a változtatásokat megfelelő puffer alkalmazásával hajthatjuk végre, aminek eredményeként a folyadék feleslegét, illetve a 14 elpárologtató kiszáradását elkerülhetjük.The pressure on the high pressure side is essentially independent of temperature since a single phase fluid medium is present on this side. In order to change the pressure, the amount of refrigerant on the high pressure side must be varied, that is, the additional amount of refrigerant must be introduced or removed as required. These changes can be made using an appropriate buffer, which avoids excess liquid and drying of the evaporator 14.
A 2. ábrán bemutatott kiviteli alaknál a hűtőközeg tömegét úgy növelhetjük, ha a 13 fojtó nyílását átmenetileg leszűkítjük. Ilyenkor a hűtőközeg áramlása lecsökken, a 14 elpárologtató 15 kimenetén a folyadék feleslege csökkenthető. A folyékony hűtőközeg a 16 befogadó tartályból a szívóvezetéken keresztül állandó térfogatáramban távozik. Ennek eredményeként a 16 befogadó tartályba beáramló és az onnan távozó folyékony halmazállapotú anyag mennyisége egyensúlyban van, ezért aló befogadó tartály folyadéktartalma csökken, a hűtőközeg a zárt rendszer nagynyomású oldalán akkumulálódik.In the embodiment shown in Figure 2, the mass of the refrigerant can be increased by temporarily narrowing the throttle opening 13. In this case, the flow of refrigerant is reduced and the excess liquid at the outlet 15 of the evaporator 14 can be reduced. The liquid refrigerant is discharged from the receiving vessel 16 through a suction line at a constant flow rate. As a result, the amount of liquid material flowing into and out of the receiving vessel 16 is balanced and therefore the liquid content of the receiving vessel is reduced and the refrigerant accumulates on the high pressure side of the closed system.
A nagynyomású oldalon megnövelt anyagmennyiség miatt a nyomás növekszik és így a hűtőkapacitás javul. A kisnyomású oldalról a nagynyomású oldalra való ilyen jellegű anyagátáramlás addig folytatódik, amíg a hűtőkapacitás és a terhelés között egyensúlyi állapot nem alakul ki.Due to the increased amount of material on the high pressure side, the pressure increases and thus the cooling capacity is improved. This flow of material from the low pressure side to the high pressure side continues until an equilibrium is reached between the cooling capacity and the load.
A 16 befogadó tartályból a 10 kompresszor irányába bizonyos mennyiségű folyadék áramoltatására szükség van, amivel elkerülhető, hogy a kenőanyag a 16 befogadó tartályt kitöltő folyadékban halmozódjon fel.It is necessary to flow a certain amount of liquid from the receptacle 16 to the compressor 10 to prevent the lubricant from accumulating in the liquid filling the receptacle 16.
A 3. ábrán bemutatott kiviteli alak esetén a nagynyomású oldalon jelenlevő hűtőközeg tömege a 21 szelep lezárásával és a 13 szelep egyidejű szabályozásával növelhető, így a 14 elpárologtatóba a kellő mennyiségű folyadék kerül. Ennek révén a hűtőközegnek a 21 szelepen keresztül a nagynyomású oldalról a 22 tartályba irányuló árama lecsökken, miközben a hűtőközeg egy része a kisnyomású oldalról a nagynyomású oldalra kerül, mégpedig a 10 kompresszor hatására.In the embodiment shown in Fig. 3, the mass of the refrigerant present on the high pressure side can be increased by closing the valve 21 and simultaneously controlling the valve 13 so that a sufficient amount of liquid is supplied to the evaporator 14. As a result, the flow of refrigerant through the valve 21 from the high pressure side to the container 22 is reduced while a portion of the refrigerant is transferred from the low pressure side to the high pressure side by the compressor 10.
A nagynyomású oldalon jelenlevő anyag mennyiségét a 21 szelep nyitásával csökkenthetjük, miközben a 13 főj tón keresztül áramló anyag mennyiségét állandó szinten tartjuk. így a nagynyomású oldalról a javasolt berendezésben a hűtőközeg a 22 tartályba kerül.The amount of material present on the high pressure side can be reduced by opening the valve 21 while maintaining the amount of material flowing through the main lake 13 at a constant level. Thus, from the high pressure side in the proposed apparatus, refrigerant is introduced into the container 22.
A 4. ábra a találmány szerinti berendezés egy további kiviteli alakját mutatja, amelynél a hűtőközegnek a nagynyomású oldalon jelen levő mennyisége a 24 szelep nyitásával és egyidejűleg a 13 fojtó áramlási keresztmetszetének csökkentésével szabályozható. így a hűtőközegFig. 4 shows a further embodiment of the apparatus according to the invention, wherein the amount of refrigerant present on the high pressure side can be controlled by opening the valve 24 and simultaneously reducing the flow cross-section of the throttle 13. thus the refrigerant
HU 213 995 Β a nagynyomású oldalon halmozódik fel, mivel a 13 fojtó az áramlás útjában erős akadályt jelent. A 24 szelep nyitásával a folyadék megfelelő mennyisége juttatható a elpárologtatóba.EN 213 995 Β accumulates on the high pressure side because the throttle 13 is a strong obstacle in the flow path. By opening valve 24, a sufficient amount of liquid can be introduced into the evaporator.
A nagynyomású oldalon jelenlevő anyag mennyiségét a 23 szelep nyitásával csökkenthetjük, amikor is a hűtőközeg egy része a nagynyomású oldalról a 25 kiegészítő tartályba jut. A javasolt berendezés kapacitásának ellenőrzését így a 23 és 24 szelep megfelelő működtetésével, illetve a 13 fojtó egyidejű szabályozásával biztosítjuk.The amount of material present on the high pressure side can be reduced by opening valve 23, whereby a portion of the refrigerant flows from the high pressure side into the auxiliary container 25. The control of the capacity of the proposed apparatus is thus ensured by proper operation of the valves 23 and 24 and the simultaneous control of the throttle 13.
A 2. ábrán bemutatott berendezés különös előnye egyszerűsége. Ez esetben egyetlen szelep elegendő a kapacitás szabályozásához. Az ily módon felépített berendezés esetében a kritikusnál nagyobb nyomáson lezajló gőzkompressziós körfolyamat bizonyos mértéke önszabályozó jellegű, mivel a hűtőközeg mennyiségének változása meghatározott körben követi a 16 befogadó tartályban levő folyadék mennyiségének változását. Ezzel a nagynyomású oldal nyomása és ennek révén a hűtőkapacitás befolyásolható. A14 elpárologtató kimenetén megjelenő folyadékfelesleg ezenkívül a hőátadási jellemzőket javítja.A particular advantage of the apparatus shown in Figure 2 is simplicity. In this case, a single valve is sufficient to control the capacity. For a device constructed in this way, a certain amount of steam compression cycle at a pressure greater than critical is self-regulating, since the change in the amount of refrigerant follows a certain change in the amount of liquid in the receptacle 16. This can influence the pressure of the high pressure side and thereby the cooling capacity. The excess liquid at the outlet of evaporator 14 also improves heat transfer characteristics.
A 3. ábrán látható kiviteli alak különös előnye a szelepek egyszerű működtethetősége. A 21 szelep mindössze a nagynyomású oldal nyomásának szabályozására szolgál, míg a 13 fojtó biztosítja a 14 elpárologtató megfelelő mértékű táplálását. Ezért hagyományos felépítésű termosztatikus szelep jól hasznosítható a fojtás megvalósítására. A 10 kompresszorba az olaj viszonylag könnyen visszajuttatható, ha a hűtőközeget hagyjuk a 22 tartályon keresztül áramolni. A megoldás hátránya azonban, hogy a kritikus érték alatt maradó nyomás esetén a nagynyomású oldalon a kapacitás szabályozása lényegében megoldatlan. A 22 tartály térfogatát viszonylag nagyra kell választani, mivel annak a kiürítési nyomás és a folyadékot tartalmazó részben uralkodó nyomás közötti értéken kell működnie.A particular advantage of the embodiment shown in Figure 3 is the ease of operation of the valves. The valve 21 serves only to control the pressure of the high pressure side, while the throttle 13 provides adequate supply of the evaporator 14. Therefore, a conventionally designed thermostatic valve can be well utilized to effect the throttle. The oil can be returned to the compressor 10 relatively easily if the coolant is allowed to flow through the tank 22. However, the disadvantage of the solution is that with the pressure below the critical value, the capacity control on the high pressure side is essentially unsolved. The volume of the container 22 should be relatively large as it should operate at a value between the discharge pressure and the partial pressure of the liquid.
A 4. ábrán látható kiviteli alak esetén a működtetés mindenekelőtt a hagyományos gőzkompressziós körfolyamatot megvalósító berendezésekkel összehasonlítva kedvező, amikor stabil feltételeket tartunk fenn. A 23 és 24 szelepeket, amelyek a 25 kiegészítő tartályt kapcsolják be a körfolyamatba, csak a kapacitás szabályozása során működtetjük. Ennél a kiviteli alaknál a kapacitás szabályozásához adott esetben három szelep működtetése szükséges.In the embodiment shown in Fig. 4, the operation is advantageous, above all, in comparison with conventional steam compression cycle equipment, when stable conditions are maintained. The valves 23 and 24 which engage the auxiliary reservoir 25 in the circuit are operated only during capacity control. In this embodiment, three valves may be required to control the capacity.
Az előbb említett két utolsó kiviteli alaknál a tartályban viszonylag nagy nyomás uralkodik. Ez azonban nem jelent különösebb hátrányt, az igénynek megfelelően a bemutatott kiviteli alakok közül a legjobban megfelelő választható.In the last two embodiments mentioned above, the container has a relatively high pressure. However, this does not present a particular drawback, and is best suited to the needs of the embodiments shown.
A találmány szerint kialakított, a javasolt eljárást is megvalósító berendezések a kritikusnál nagyobb nyomáson biztosítják a gőzkompressziós körfolyamat lejátszódását. Ezért több területen jól alkalmazhatóak. Mind kis és nagy, beépített és mobil légkondicionáló berendezések, mind kis és nagy hűtő, illetve fagyasztó berendezések, továbbá hőszivattyúk készíthetők velük. A legtöbbet ígérő alkalmazásnak a gépkocsik légkondicionálása ígérkezik, ahol különösen erős az igény a halogénezett szénhidrogének felváltására más könnyű és hasonlóan hatékony rendszerekkel.The devices according to the invention, which also implement the proposed process, ensure that the vapor compression cycle is performed at a pressure higher than the critical pressure. They are therefore well suited for many applications. Both small and large, built-in and mobile air conditioners, small and large refrigeration and freezing units, and heat pumps can be made with them. The most promising application is automotive air conditioning, where the need to replace halogenated hydrocarbons with other lightweight and equally efficient systems is particularly strong.
A találmány fentiekben leírt megvalósításai lényegében egy-egy példát mutatnak be, nem jelentik a találmány korlátozását. Az is nyilvánvaló, hogy a kritikusnál nagyobb nyomású gőzkompressziót megvalósító berendezésekben a nagynyomású oldal nyomása szintén állandó szinten tartható, amikor a hűtőközeg hőmérsékletét a c állapot (5. ábra) előtt a hűtővíz vagy - levegő áramló mennyiségének változtatásával szabályozzuk. Ha a hűtőfolyadék mennyiségét csökkentjük, a 13 fojtó előtt áramló anyag hőmérsékletét növelhetjük, ami a kapacitás csökkenésével jár együtt. Ezzel szemben a hűtőfolyadék mennyiségének növelésével a 13 főj tót elérő anyagáram hőmérséklete csökken, ami viszont a kapacitás növekedésével jár együtt. Ugyancsak nyilvánvaló, hogy a fentiekben megfelelően a nyomás és a hőmérséklet együttes változtatása szintén célszerű lehet.The embodiments of the invention described above are essentially exemplary and are not intended to limit the invention. It will also be appreciated that in vapor compression equipment for pressures greater than critical, the pressure of the high pressure side may also be kept constant by controlling the temperature of the refrigerant prior to state c (Figure 5) by varying the amount of cooling water or air flowing. By reducing the amount of coolant, the temperature of the material flowing in front of the throttle 13 may be increased, which results in a reduction in capacity. In contrast, increasing the amount of coolant reduces the temperature of the stream reaching the main lake 13, which in turn results in an increase in capacity. It will also be appreciated that, as discussed above, a combination of pressure and temperature may also be desirable.
A találmány tárgyát a továbbiakban példák bemutatásával ismertetjük még részletesebben.The invention will now be further described by the following examples.
PÉLDÁKEXAMPLES
A következőkben a találmány szerinti eljárás hűtési, illetve hőszivattyúzási feladatokra való alkalmazhatóságára ismertetünk példákat, amikor is a 2. ábra szerinti felépítésben létrehozott berendezéseket alkalmazunk. Ezekben a hűtőközeg szén-dioxid, amelynek alapján kritikusnál nagyobb nyomáson gőzkompressziós körfolyamatot valósítunk meg.The following describes examples of the applicability of the process of the invention for cooling and heat pumping applications using the equipment created in the embodiment of Figure 2. In these, the refrigerant is carbon dioxide, which is used to carry out a vapor compression cycle at pressures greater than critical.
A hőforrás a laboratóriumban vizsgált berendezések esetében víz volt, vagyis a vizet forrásban levő szén-dioxiddal végrehajtott hőcsere révén a 14 elpárologtatóban megfagyasztjuk. A víz egyébként hűtőfolyadékként is hasznosítható, ugyanis a 11 hőcserélőben a szén-dioxid alkalmas melegítésre. A vizsgált berendezésben 61 cm3 térfogatú kompresszort és mintegy 4 liter térfogatú befogadó tartályt alkalmaztunk, a 10 kompresszor után ellenáramú 12 kiegészítő hőcserélőt építettünk be, a 16 befogadó tartály kimenete 17 csatlakozáson át volt a 10 kompresszorra vezetve. A 13 fojtót kézi úton szabályoztuk.The heat source for the equipment tested in the laboratory was water, i.e., the water is frozen in the evaporator 14 by heat exchange with boiling carbon dioxide. The water can also be used as a coolant, since the carbon dioxide in the heat exchanger 11 is suitable for heating. A 61 cm 3 compressor and a receiving tank of approximately 4 liters were used in the apparatus under test, and a countercurrent auxiliary heat exchanger 12 was installed after the compressor 10, the outlet of the receiving tank 16 being connected to the compressor 10 through connections. The throttle 13 is manually controlled.
1. PÉLDAEXAMPLE 1
A 13 fojtó beállításának változtatásával kívántuk a hűtőközeg hűtőkapacitását szabályozni. Ennek megfelelően a nagynyomású oldalon a nyomást változtattuk. így a 14 elpárologtató bemenetén a hűtőközeg entalpiáját szabályoztuk és ezzel a fagyasztási kapacitást állandó térfogatáram mellett változtattuk.By changing the setting of the choke 13, it was desired to control the cooling capacity of the refrigerant. Accordingly, the pressure on the high pressure side was varied. Thus, the enthalpy of the refrigerant at the inlet of the evaporator 14 was controlled, thereby changing the freezing capacity at a constant flow rate.
A 14 elpárologtatóba vezetett víz bemenő hőmérsékletét állandóan 20 °C értéken tartottuk, míg a 11 hőcserélőben a víz bemeneti hőmérsékletére ugyancsak állandóan 35 °C értéket biztosítottunk. Mind a 14 elpárologtatóban, mind all hőcserélőben a víz állandó térfogatban áramlott, míg a 10 kompresszor egyenletes sebességgel forgott.The inlet temperature of the water fed to the evaporator 14 was kept constant at 20 ° C, while the inlet temperature of the heat exchanger 11 was also kept constant at 35 ° C. In both the evaporator 14 and the all heat exchanger, the water flowed in a constant volume while the compressor 10 rotated at a constant speed.
A 6. ábrán a Q hűtőkapacitást, a 10 kompresszor W axiális teljesítményét, a nagynyomású oldal pn nyomását, a szén-dioxid m térfogatáramát, a szén-dioxidnak a6 shows the cooling capacity Q, the axial power W of the compressor 10, the pressure pn of the high pressure side, the volume flow of carbon dioxide, the
HU 213 995 Β elpárologtató 15 kimenetén mért fo hőmérsékletét, a 11 hőcserélő kimenetén mért fo hőmérsékletét, továbbá a 13 fojtó működtetése során a 16 befogadó tartályban mért h folyadékszintet mutatjuk be, ahol a 6. ábra felső részében a 13 fojtó nyitott állapotából kiindulva a zárt állapot felé haladó lezárás folyamatát, az áramlási keresztmetszet csökkentését tüntettük fel.The main temperature at the outlet 15 of the evaporator, the main temperature at the outlet of the heat exchanger 11 and the liquid level h in the receiving vessel 16 during operation of the throttle 13 are shown, starting from the open state of the throttle 13 in FIG. The process of closure towards the state of the state, the reduction of the flow cross-section is shown.
A 6. ábrán bemutatott adatokból következik, hogy a Q hűtőkapacitást a 13 fojtó áramlási keresztmetszetének szabályozásával jól lehetett változtatni. Az is nyilvánvaló, hogy stabil feltételek mellett a szén-dioxid m térfogatárama (tömegárama) lényegében állandó marad, a Q hűtőkapacitástól független. Ugyanez mondható el a szén-dioxidnak all hőcserélő kimenetén mérhető fo hőmérsékletéről. A görbék arról tanúskodnak, hogy a Q hőkapacitás változásával lényegében mindössze a pn nyomás változik.It is apparent from the data shown in Figure 6 that the cooling capacity Q could be varied well by controlling the flow cross-section of the throttle 13. It is also obvious that under stable conditions, the volume flow rate (mass flow rate) of carbon dioxide remains substantially constant, independent of the cooling capacity Q. The same can be said about the main temperature of carbon dioxide at the output of the heat exchanger all. The curves show that with the change in heat capacity Q, only the pressure pn changes.
A görbék alapján ugyancsak látható, hogy a pH nyomás növekedése aló befogadó tartályban a h folyadékszint csökkenésével jár együtt, mivel a berendezés nagynyomású oldalába a szén-dioxid kiegészítő mennyisége áramlik.The curves also show that the increase in the pressure p H in the receiving vessel is accompanied by a decrease in the liquid level of h as the additional amount of carbon dioxide flows to the high pressure side of the apparatus.
További következtetés az, hogy a kapacitás növekedése során az átmeneti periódus nem okozza a 14 elpárologtatót elhagyó anyag jelentősebb mértékű túlhevítését, azaz a te hőmérséklet csak elhanyagolható mértékben ingadozik.It is further concluded that during the increase in capacity, the transition period does not cause a significant overheating of the material leaving the evaporator 14, i.e., this temperature fluctuates only to a negligible extent.
2. PÉLDAEXAMPLE 2
A bevezetett víz, mint hűtőfolyadék nagyobb hőmérséklete mellett, ami általában a megemelt környezeti hőmérsékletnek felel meg, a nagynyomású oldal nyomását növelni kell, hogy a Q hűtőkapacitás állandó szinten maradjon. A kísérletek során a 11 hőcserélőbe bevezetett víz tw hőmérsékletét különböző értékekre választottuk és így az 1. táblázatban feltüntetett mérési adatokat nyertük.With the higher temperature of the introduced water as coolant, which usually corresponds to the elevated ambient temperature, the pressure of the high pressure side must be increased to maintain a constant cooling capacity of Q. During the experiments, the temperature t w of the water introduced into the heat exchanger 11 was chosen for different values and the measurement data shown in Table 1 were obtained.
A 14 elpárologtatóba bevezetett víz hőmérsékletét állandó j elleggel 20 °C értéken tartottuk, míg a 10 kompresszort állandó fordulatszámon járattuk.The temperature of the water introduced into the evaporator 14 was kept constant at 20 ° C while the compressor 10 was run at a constant speed.
Az 1. táblázatból kitűnik, hogy a Q hőkapacitást a környezeti hőmérséklet növekedésével (a bevezetett hűtőfolyadék emelkedő hőmérsékletével) lényegében állandó szinten lehetett tartani, ha a nagynyomású oldal nyomását emeltük. A hűtőközeg térfogatáramát lényegében állandó szinten tartottuk. A nagynyomású oldal megnövekedett nyomása a 16 befogadó tartályban a h folyadékszint csökkenését okozta, mint ez a műszerekből jól leolvasható volt.Table 1 shows that the heat capacity Q could be maintained at a substantially constant level by increasing the ambient temperature (as the temperature of the coolant introduced) by increasing the pressure of the high pressure side. The refrigerant flow rate was maintained at a substantially constant level. The increased pressure of the high pressure side in the receiving vessel 16 caused a decrease in the liquid level h as was readily apparent from the instruments.
1. TÁBLÁZATTABLE 1
3. PÉLDAEXAMPLE 3
A kritikusnál nagyobb nyomáson megvalósított körfolyamatokra jellemző entrópia-hőmérséklet diagrammok a 7. ábrán láthatók. Az ezekkel jellemezhető körfolyamatokat laboratóriumi berendezéseken mértük, öt különböző nagynyomású oldali nyomás fenntartása mellett a 14 elpárologtató nyomásnak állandó értéken tartásával.The entropy-temperature diagrams for cycles performed at pressures greater than critical are shown in Figure 7. The cycles characterized by these were measured on laboratory equipment while maintaining the pressure of the evaporator 14 at five different high pressure side pressures.
A hűtőközeg szén-dioxid volt.The refrigerant was carbon dioxide.
A 7. ábra jól mutatja a hőkapacitás szabályozhatóságának megvalósítását, a nagynyomású oldal p nyomásának változása miatt a 14 elpárologtató bemenetén a H fajlagos entalpiában bekövetkező változások világosan követhetők.Figure 7 illustrates the realization of the control of the heat capacity, because of the change in the pressure p of the high pressure side, the changes in the specific enthalpy H of the evaporator 14 can be clearly followed.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/NO1989/000089 WO1990007683A1 (en) | 1989-01-09 | 1989-09-06 | Trans-critical vapour compression cycle device |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HU904128D0 HU904128D0 (en) | 1991-06-28 |
| HUT61093A HUT61093A (en) | 1992-11-30 |
| HU213995B true HU213995B (en) | 1997-11-28 |
Family
ID=19907576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU904128A HU213995B (en) | 1989-09-06 | 1990-07-06 | Method for controlling the capacity of steam-compression cycle and apparatus for carrying out steam-compression cycle of controlled capacity particularly air-conditioning apparatus of automatic operation |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU635031B2 (en) |
| BR (1) | BR9004438A (en) |
| CA (1) | CA2018250C (en) |
| ES (1) | ES2025443A6 (en) |
| HU (1) | HU213995B (en) |
-
1990
- 1990-06-05 CA CA002018250A patent/CA2018250C/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-06-08 AU AU56968/90A patent/AU635031B2/en not_active Ceased
- 1990-07-06 HU HU904128A patent/HU213995B/en not_active IP Right Cessation
- 1990-07-19 ES ES9001955A patent/ES2025443A6/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-06 BR BR909004438A patent/BR9004438A/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HU904128D0 (en) | 1991-06-28 |
| CA2018250C (en) | 2001-12-11 |
| CA2018250A1 (en) | 1991-03-06 |
| AU5696890A (en) | 1991-03-14 |
| BR9004438A (en) | 1991-09-10 |
| HUT61093A (en) | 1992-11-30 |
| AU635031B2 (en) | 1993-03-11 |
| ES2025443A6 (en) | 1992-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR0126550B1 (en) | Trans-critical vapour compression cycle device | |
| US5245836A (en) | Method and device for high side pressure regulation in transcritical vapor compression cycle | |
| DK2147264T3 (en) | Refrigerant vapor compression system | |
| US6343486B1 (en) | Supercritical vapor compression cycle | |
| JP3838008B2 (en) | Refrigeration cycle equipment | |
| US20060090500A1 (en) | Vapor compression systems using an accumulator to prevent over-pressurization | |
| US20030115894A1 (en) | High efficiency very-low temperature mixed refrigerant system with rapid cool down | |
| JP2011521194A (en) | Filling management in refrigerant vapor compression systems. | |
| KR20060019582A (en) | Supercritical pressure regulation of economized refrigeration system | |
| MXPA03001817A (en) | Method and arrangement for defrosting a vapor compression system. | |
| US7726151B2 (en) | Variable cooling load refrigeration cycle | |
| KR20050103900A (en) | Refrigeration system with bypass subcooling and component size de-optimization | |
| CN102803865A (en) | Capacity and pressure control in a transport refrigeration system | |
| JP3983520B2 (en) | Supercritical vapor compression system and suction line heat exchanger for adjusting the pressure of the high pressure component of the refrigerant circulating in the supercritical vapor compression system | |
| WO2003019085A1 (en) | A vapour-compression-cycle device | |
| CN113280567A (en) | Test chamber and control method thereof | |
| JP2006336943A (en) | Refrigeration system, and cold insulation box | |
| CN113518887A (en) | Hydrogen cooling device, hydrogen supply system, and refrigerator | |
| KR102477314B1 (en) | A method for reducing the temperature of the coolant in the receiver of the refrigeration cycle system and improving the cooling performance of the evaporator | |
| US2807145A (en) | Apparatus for supplying heat for hot gas defrosting systems | |
| HU213995B (en) | Method for controlling the capacity of steam-compression cycle and apparatus for carrying out steam-compression cycle of controlled capacity particularly air-conditioning apparatus of automatic operation | |
| JP4690801B2 (en) | Refrigeration equipment | |
| KR100293700B1 (en) | Refrigeration system of refrigerator and its control method | |
| JP3735338B2 (en) | Refrigeration apparatus for vehicle and control method thereof | |
| US20190178540A1 (en) | Liquid chiller system with external expansion valve |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of definitive patent protection due to non-payment of fees |