ITRM20070520A1 - COOLANT REFRIGERATOR SYSTEM WITH OIL SCREW COMPRESSOR WITH TWO STAGE ARRANGEMENTS - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
A corredo di una domanda di brevetto industriale dal titolo: In support of an industrial patent application entitled:
Impianto frigorifero a CO2con compressore a viti ad immersione in olio con disposizione a due stadi. CO2 refrigeration system with oil immersion screw compressor with two-stage arrangement.
L’invenzione concerne un impianto frigorifero a CO2con compressore a due stadi e regolazione dell’impianto frigorifero. The invention concerns a CO2 refrigeration system with two-stage compressor and regulation of the refrigeration system.
Sono noti i cosiddetti impianti frigoriferi ih cascata con due circuiti di raffreddamento separati uno dall'altro, in cui viene impiegato CO2nella zona termica inferiore, in un circuito di raffreddamento adatto chiuso, mentre nella zona termica superiore deirimpianto frigorifero in cascata viene impiegato un secondo refrigerante diverso, ad es. ammoniaca, in un altro circuito di raffreddamento chiuso diverso, per condensare il CO2. Vedere la relazione del convegno DKV del 2001, Ulm, Reparto .2, pagina 45 e segg. Il CO2viene liquefatto nel cosiddetto condensatore in cascata, che forma il condensatore del CO2e l'evaporatore del secondo circuito di raffreddamento. H calore di condensazione del CO2provoca l'evaporazione nel secondo circuito di raffreddamento della zona termica superiore. La temperatura di condensazione del CO2è al di sotto del punto critico del CO2. Le due parti del'impianto frigorifero con compressore a viti ad immersione in olio, oltre al compressore a viti, hanno un sistema di alimentazione dell’olio, costituito da separatore dell’olio, refrigeratore dell’olio, filtro dell’olio, raccordi, tubazioni e sensori per il controllo della pressione e della temperatura, che viene stabilita in base al refrigerante ed alle condizioni d’esercizio. The so-called cascade refrigeration systems with two separate cooling circuits are known, in which CO2 is used in the lower thermal zone, in a suitable closed cooling circuit, while a second refrigerant is used in the upper thermal zone of the cascaded refrigeration system. different, eg. ammonia, in a different closed cooling circuit, to condense the CO2. See the report of the 2001 DKV conference, Ulm, Department .2, page 45 et seq. The CO2 is liquefied in the so-called cascade condenser, which forms the CO2 condenser and the evaporator of the second cooling circuit. H heat of condensation of CO2 causes evaporation in the second cooling circuit of the upper thermal zone. The CO2 condensation temperature is below the CO2 critical point. The two parts of the refrigeration system with oil immersion screw compressor, in addition to the screw compressor, have an oil supply system, consisting of an oil separator, oil cooler, oil filter, fittings, pipes and sensors for pressure and temperature control, which is established based on the refrigerant and operating conditions.
Svantaggioso è il fatto che gli impianti frigoriferi in cascata sono molto dispendiosi dal punto di vista tecnico ed hanno costi elevati, dal momento che vengono impiegati due parti separate di circuito di raffreddamento, compreso il gruppo del compressore a viti con due refrigeranti ed olio di lubrificazione diverso ed i dispositivi aggiuntivi necessari per il sistema di lubrificazione. Sono necessari due separatori d’olio, due refrigeratori d’olio e due gruppi strutturali del filtro dell'olio e tutte le tubazioni necessarie, con raccordi e dispositivi di sicurezza ed il controllo in doppia esecuzione, per costruire la stazione del compressore per un impianto in cascata. I due compressori a viti sono dotati di mezzi per modificare il volume di portata, ad es. un cursore di regolazione, che sono disposti in parti nell'alloggiamento che comprende i rotori, e necessitano di altri componenti idraulici ed elementi di controllo per l’attivazione. La presenza doppia di questi componenti nell'impianto in cascata aumenta i costi e, di conseguenza, il prezzo di questo impianto. Disadvantageous is the fact that cascade refrigeration systems are very expensive from a technical point of view and have high costs, since two separate parts of the cooling circuit are used, including the screw compressor assembly with two refrigerants and lubricating oil. and the additional devices required for the lubrication system. Two oil separators, two oil coolers and two structural oil filter assemblies and all necessary piping, with fittings and safety devices and dual-execution control, are required to build the compressor station for a plant. in cascade. The two screw compressors are equipped with means for changing the flow volume, e.g. an adjustment slider, which are arranged in parts in the housing that includes the rotors, and require other hydraulic components and control elements for activation. The double presence of these components in the cascade plant increases the costs and, consequently, the price of this plant.
Un’altra soluzione nota impiega due stadi di pressione con il refrigerante CO2, senza condensatore in cascata. Vedere estratto della pubblicazione "KK DIE KÄLTE und Klimatechnik", 57° annata, 2005. Il gas compresso del primo stadio viene raffreddato in un refrigeratore intermedio in condizione di vapore saturo. Il liquido necessario viene preparato mediante scarico di questa pressione intermedia dal lato dell'alta pressione dello stadio di pressione superiore. Il “vapore di flash” che viene così formato e la parte di vapore che deriva dal raffreddamento, in seguito all’evaporazione del liquido vengono aspirati dal compressore dello stadio di pressione superiore, insi.epie al refrigerante raffreddato in condizione di vapore saturo dello stadio di pressione inferiore, e compressi alla pressione finale dell’impianto frigorifero fino a superare la pressione critica. Per il proseguimento del processo, il calore viene condotto nell’ambiente in un radiatore per il gas. Gli stadi di pressione inferiore e superiore impiegano certamente lo stesso refrigerante CO2, ma necessitano di due gruppi completi con un proprio sistema di alimentazione dell'olio, ed anche questo comporta costi notevoli. Another known solution uses two pressure stages with the CO2 refrigerant, without condenser in cascade. See extract from the publication "KK DIE KÄLTE und Klimatechnik", 57th vintage, 2005. The compressed gas of the first stage is cooled in an intermediate cooler under saturated steam conditions. The required liquid is prepared by releasing this intermediate pressure from the high pressure side of the upper pressure stage. The "flash vapor" that is thus formed and the part of vapor that derives from the cooling, following the evaporation of the liquid, are sucked by the compressor of the upper pressure stage, together with the refrigerant cooled in saturated vapor condition of the stage of lower pressure, and compressed to the final pressure of the refrigeration system until the critical pressure is exceeded. For the continuation of the process, the heat is conducted into the environment in a gas radiator. The lower and upper pressure stages certainly use the same CO2 refrigerant, but they require two complete units with their own oil supply system, and this also entails considerable costs.
Un’altra soluzione utilizza il CO2in entrambi gli stadi di compressione, che sono uniti uno all'altro da uno scambiatore di calore intermedio - con due diversi refrigeranti. Lo svantaggio è il fatto che tale soluzione è costosa. Another solution uses CO2 in both compression stages, which are joined to each other by an intermediate heat exchanger - with two different refrigerants. The downside is that this solution is expensive.
Nelle ultime due varianti è svantaggioso il fatto che l'efficienza dal punto di vista energetico è peggiore rispetto agli impianti frigoriferi in cascata. In the last two variants, the disadvantage is that the efficiency from the energy point of view is worse than in cascade refrigeration systems.
Il compito dell’ invenzione consiste nell'eliminare questi svantaggi e nel realizzare uh impianto frigorifero a CO2, che possegga una regolazione efficiente, il cui COP (Coefficient of Performance = potenzialità refrigerante rispetto alla potenza del compressore) sia migliorato. The task of the invention is to eliminate these disadvantages and to create a CO2 refrigeration system, which has an efficient regulation, whose COP (Coefficient of Performance = refrigerant capacity with respect to the compressor power) is improved.
Secondo l’invenzione il refrigerante CO2viene utilizzato in un impianto a due stadi con compressori a viti ad immersione in olio disposti in successione direttamente nella direzione della corrente. L’olio per la lubrificazione, il raffreddamento e la chiusura a tenuta dei rotori, alimentato al compressore dello stadio di compressione inferiore, lascia il lato di compressione del compressore dello stadio inferiore, insieme al CO2, e viene portato al lato d'aspirazione del compressore dello stadio di compressione superiore, lo stadio ad alta pressione, che viene alimentato anch’esso con olio per la lubrificazione, raffreddamento e chiusura a tenuta. I flussi di olio di entrambi gli stadi del compressore arrivano insieme al CO2compresso, in uscita dal compressore dello stadio superiore, al separatore d’olio, il quale è disposto dopo il compressore dello stadio di compressione superiore. Nel separatore d'olio, l'olio viene separato dal CO2. Vantaggiosamente, il livello di compressione finale dello stadio di compressione inferiore viene scelto in modo tale che i valori COP dello stadio inferiore e superiore sono quasi uguali. La pressione in uscita o pressione finale dello stadio superiore viene alzata in modo tale da rendere possibile la sottrazione di calore all'ambiente. Pertanto, il punto critico del refrigerante viene superato. Nella zona termica inferiore o nello stadio di compressione inferiore è presente almeno un compressore a viti senza impianto di arricchimento dell'olio, mentre nella zona termica superiore oppure nello stadio di compressione superiore è disposto almeno un compressore ad alta pressione, il quale comprime il CO2fino ad una pressione superiore al punto critico. I compressori dello stadio di compressione inferiore e superiore fanno parte di un circuito a freddo comune. L’olio dello stadio di compressione inferiore arriva nello stadio di compressione superiore insieme al CO2compresso. L’impianto di arricchimento dell’olio, costituito da separatore dell’olio, refrigeratore dell’olio, filtro dell’olio è disposto a valle della corrente sul lato del gas e dell'olio, dietro il compressore dello stadio di compressione superiore. Il separatore dell’olio ha una coppa dell’olio, da cui gli stadi di compressione inferiore e superiore vengono alimentati con olio raffreddato in uno scambiatore di calore e depurato in un filtro dell'olio, i quali sono disposti a valle della corrente dopo il separatore dell'olio verso i compressori. L’olio viene alimentato ai punti funzionali del compressore, ad es. ai cuscinetti ed alla zona di lavoro, per raffreddare il processo di compressione, lubrificazione e chiusura idraulica a tenuta delle superfici a fessura che circondano la zona di lavoro. I compressori a viti di entrambi gli stadi di compressione hanno ciascuno, vantaggiosamente, un’apertura intermedia di pressione di per sé nota, il cosiddetto raccordo ECO, che confina fluidamente ai vani interdentali dei rotori nell'alloggiamento in modo tale che non vi sia un collegamento fluidodinamico né sul lato d’aspirazione né sul lato di compressione, fintanto che il raccordo ECO è collegato ai vani interdentali. Il compressore dello stadio di compressione superiore è vantaggiosamente costruito come descritto nello scritto divulgativo tedesco 10334947, vale a dire l’apertura di raccordo ECO è disposta in riferimento al compressore in modo tale che si formi un collegamento fluidodinamico prima di raggiungere il volume massimo della camera. Nella tubazione di collegamento tra i compressori dei due stadi di compressione è previsto vantaggiosamente, nella prima forma d'esecuzione secondo l'invenzione, un raccordo di mandata intermedio, tramite cui viene alimentato il "vapore di flash" che esce dal un recipiente a pressione intermedio tramite una tubazione, che presenta un dispositivo a valvole controllabile, ed eventualmente è anche possibile alimentare un carico laterale sotto forma di vapore del refrigerante da un altro sistema d’evaporazione oppure refrigerante evaporato proveniente da un refrigeratore di liquido. Il recipiente a pressione intermedio, nella prima forma d'esecuzione dell'invenzione, viene e alimentato vantaggiosamente dal lato della coppa dell'olio di un separatore di liquidi ausiliario tramite una strozzatura “centrale”, il cui vapore di flash viene alimentato in un raccordo ECO del compressore dello stadio di compressione superiore tramite una tubazione con un dispositivo a valvole controllabile. Il lato della coppa dell'olio del recipiente a pressione intermedio è collegato a valle della corrente tramite tubazione ed una “strozzatura" inferiore, per alimentare il liquido in un separatore di liquidi ausiliario. vapore di flash che si forma dietro la strozzatura inferiore viene separato nel separatore di liquido ausiliario ed alimentato in un raccordo ECO del compressore dello stadio di compressione inferiore tramite una tubazione con un dispositivo a valvole controllabile. Il separatore di liguidi ausiliario è collegato a valle della corrente dietro il radiatore del gas tramite una tubazione con una strozzatura “superiore”. In questo separatore di liquidi ausiliario “superiore” vengono separate le due fasi vapore di flash e liquido, che si formano come risultato del primo stadio di espansione. Il vapore di flash viene alimentato al raccordo ECO del compressore dello stadio di compressione superiore, tramite una valvola controllabile, la quale è disposta prima del raccordo ECO. Il liquido viene espanso tramite una strozzatura "centrale" nel recipiente a pressione intermedio, detto anche separatore di pressione intermedio. In questo modo si forma di nuovo liquido e vapore, con un livello basso di temperatura e pressione, il livello di pressione intermedio. Nel separatore di pressione intermedio vengono separate le fasi liquido e vapore di flash con un livello di pressione "centrale". Il vapore di flash viene alimentato vantaggiosamente al raccordo di mandata intermedio tramite un dispositivo a valvola controllabile, mentre il liquido viene espanso nel separatore di liquido ausiliario inferiore tramite una strozzatura "inferiore". Le due fasi vapore di flash è liquido che si formano vengono separate qui una dall’ altra. Solo da qui il liquido arriva nel sistema separatore di liquidi-evaporatore, tramite la strozzatura “più bassa”, da cui vengono alimentati il vapore di flash del lato d’aspirazione del compressore dello stadio di compressione inferiore ed il vapore del refrigerante che si forma con l’apporto di calore nell'evaporatore. According to the invention, the CO2 refrigerant is used in a two-stage system with oil immersion screw compressors arranged in succession directly in the direction of the current. The oil for lubricating, cooling and sealing the rotors, fed to the compressor of the lower compression stage, leaves the compression side of the lower stage compressor, together with the CO2, and is carried to the suction side of the compressor of the upper compression stage, the high-pressure stage, which is also supplied with oil for lubrication, cooling and sealing. The oil flows of both stages of the compressor arrive together with the compressed CO2, leaving the compressor of the upper stage, to the oil separator, which is arranged after the compressor of the upper compression stage. In the oil separator, the oil is separated from the CO2. Advantageously, the final compression level of the lower compression stage is chosen in such a way that the COP values of the lower and upper stage are almost equal. The outlet pressure or final pressure of the upper stage is raised in such a way as to make it possible to remove heat from the environment. Therefore, the critical point of the refrigerant is exceeded. In the lower thermal zone or in the lower compression stage there is at least one screw compressor without oil enrichment system, while in the upper thermal zone or in the upper compression stage there is at least one high-pressure compressor, which compresses the CO2 up to at a pressure above the critical point. The lower and upper compression stage compressors are part of a common cold circuit. The oil from the lower compression stage arrives in the upper compression stage together with the compressed CO2. The oil enrichment system, consisting of an oil separator, oil cooler, oil filter is arranged downstream of the current on the gas and oil side, behind the compressor of the upper compression stage. The oil separator has an oil pan, from which the lower and upper compression stages are fed with oil cooled in a heat exchanger and purified in an oil filter, which are arranged downstream of the stream after the oil separator to the compressors. The oil is fed to the functional points of the compressor, eg. to the bearings and the work area, to cool the compression, lubrication and hydraulic sealing process of the slotted surfaces surrounding the work area. The screw compressors of both compression stages each advantageously have an intermediate pressure opening known per se, the so-called ECO connection, which smoothly adjoins the interdental spaces of the rotors in the housing in such a way that there is no fluid connection neither on the suction side nor on the compression side, as long as the ECO connection is connected to the interdental spaces. The compressor of the upper compression stage is advantageously constructed as described in the German disclosure 10334947, i.e. the ECO connection opening is arranged with reference to the compressor in such a way that a fluid-dynamic connection is formed before reaching the maximum volume of the chamber. . Advantageously, in the first embodiment according to the invention, an intermediate delivery fitting is provided in the connecting pipe between the compressors of the two compression stages, through which the "flash vapor" that comes out of a pressure vessel is fed. intermediate by means of a pipeline, which has a controllable valve device, and optionally it is also possible to supply a side load in the form of refrigerant vapor from another evaporation system or evaporated refrigerant from a liquid cooler. The intermediate pressure vessel, in the first embodiment of the invention, is advantageously fed from the oil pan side of an auxiliary liquid separator via a "central" throat, the flash vapor of which is fed into a fitting ECO of the compressor of the upper compression stage via a pipeline with a controllable valve device. The oil pan side of the intermediate pressure vessel is connected downstream of the stream via piping and a lower "choke" to feed the liquid into an auxiliary liquid separator. Flash vapor forming behind the lower choke is separated in the auxiliary liquid separator and fed into an ECO connection of the compressor of the lower compression stage via a pipeline with a controllable valve device. The auxiliary liquid separator is connected downstream of the current behind the gas cooler via a pipeline with a restriction "Upper". In this "upper" auxiliary liquid separator, the two vapor phases of flash and liquid are separated, which are formed as a result of the first expansion stage. The flash vapor is fed to the ECO connection of the compressor of the compression stage top, by means of a controllable valve, which is arranged before the ECO fitting. The liquid is expanded via a "central" restriction in the intermediate pressure vessel, also called the intermediate pressure separator. In this way, new liquid and vapor are formed, with a low level of temperature and pressure, the intermediate pressure level. In the intermediate pressure separator, the liquid and vapor phases of the flash are separated with a "middle" pressure level. The flash vapor is advantageously fed to the intermediate delivery connection by means of a controllable valve device, while the liquid is expanded in the lower auxiliary liquid separator by means of a "lower" restriction. The two vapor phases of flash and liquid that are formed are separated here from each other. Only from here does the liquid arrive in the liquid separator-evaporator system, through the "lower" choke, from which the flash vapor of the suction side of the compressor of the lower compression stage and the vapor of the refrigerant that is formed are fed with the heat input into the evaporator.
La disposizione di numerosi stadi di espansione porta ad un enorme miglioramento del processo, dal momento che l’espansione del vapore ad alta pressione, dopo l'uscita dal radiatore del gas, non avviene in un solo stadio ma in più stadi, su quattro livelli di pressione ad altezze diverse ed il vapore di flash di questi livelli di pressione può essere compresso sulla pressione dello stadio di compressione superiore. The arrangement of numerous expansion stages leads to an enormous improvement in the process, since the expansion of the high-pressure steam, after exiting the gas cooler, does not take place in a single stage but in several stages, on four levels. of pressure at different heights and the flash vapor of these pressure levels can be compressed to the pressure of the upper compression stage.
In una seconda soluzione dell’invenzione, la corrente, di refrigerante alimentato al sistema di evaporazione viene espansa in uno stadio, dopo avere attraversato numerosi settori di raffreddamento. Per raffreddare la corrente di refrigerante in un refrigeratore ausiliario “superiore”, in un refrigeratore di liquido “centrale” ed in un “refrigeratore" di liquido “inferiore”, che sono disposti in un percorso della corrente per la corrente principale del refrigerante, una corrente parziale del liquido refrigerante viene suddivisa da diramazioni prima del rispettivo settore di raffreddamento del liquido ed evaporata nel rispettivo refrigeratore. Questo vapore del refrigerante viene alimentato al rispettivo raccordo ECO del compressore dello stadio superiore, al raccordo intermedio tra il compressore dello stadio di compressione inferiore e superiore ed il raccordo ECO della compressione dello stadio di compressione inferiore. In questa disposizione secondo l'invenzione, sono disposti uno dopo l’altro almeno due refrigeratori del liquido in un percorso di corrente, tra l’uscita del liquido del radiatore del gas a valle della corrente, i quali raffreddano il CO2ad alta pressione con una corrente parziale di CO2evaporato, che viene prelevata dalla corrente principale da raffreddare, e di conseguenza lo liquefanno e lo fondono, dove la corrente parziale di CO2da evaporare viene alimentata nel rispettivo raccordo ECO oppure nel raccordo di mandata intermedio. I radiatori del liquido vengono vantaggiosamente compresi in un gruppo strutturale dello scambiatore di calore, in cui è disposto un sistema di tubi con diramazioni al coperchio di rinvio per correnti parziali della corrente principale di CO2da fondere. In a second solution of the invention, the refrigerant stream fed to the evaporation system is expanded in one stage, after passing through numerous cooling sectors. To cool the refrigerant stream in an "upper" back-up cooler, a "middle" liquid chiller and a "bottom" liquid chiller, which are arranged in a current path for the main coolant stream, a Partial flow of the refrigerant liquid is split by branches before the respective liquid cooling sector and evaporated in the respective chiller. This refrigerant vapor is fed to the respective ECO connection of the compressor of the upper stage, to the intermediate connection between the compressor of the lower compression stage and the compression fitting ECO of the lower compression stage. In this arrangement according to the invention, at least two liquid coolers are arranged one after the other in a current path, between the liquid outlet of the gas cooler downstream of the current, which cool the CO2 at high pressure with a partial stream of evaporated CO2, which is taken from the main stream to be cooled, and consequently liquefy and melt it, where the partial stream of CO2 to be evaporated is fed into the respective ECO connection or into the intermediate flow connection. The liquid radiators are advantageously comprised in a structural group of the heat exchanger, in which a system of pipes with branches to the deflection cover for partial streams of the main stream of CO2 to be melted is arranged.
Almeno prima dell’ingresso nel compressore dello stadio di compressione superiore è disposta, secondo l'invenzione, una valvola antiritomo, per limitare i settori di compressione degli stadi inferiore e superiore, dove il raccordo di mandata intermedio nella direzione della corrente è disposto dopo la valvola antiritomo. In questo modo, il compressore dello stadio di compressione inferiore potrebbe essere limitato ad esempio a 52 bar, mentre il compressore dello stadio di compressione superiore sarebbe limitato ad esempio a 130 bar. Inoltre, nel caso dell'esecuzione con un separatore di compressione intermedio, è disposta una valvola a controllo forzato nella tubazione di alimentazione dell’olio al compressore dello stadio di compressione inferiore, che è aperta solo durante il funzionamento del compressore dello stadio di compressione inferiore e viene chiusa all'arresto del compressore. Inoltre, limpianto del compressore a due stadi ha mezzi noti, per mantenere un parametro d'esercizio sul lato dell'utente, ad es. la pressione all'uscita del compressore oppure sul lato d'aspirazione dello stadio inferiore, intorno ad un valore predefinito, per mantenere costante ad es. la temperatura d’evaporazione e, di conseguenza, regolare la temperatura sul "lato dell'utente". Il compressore dello stadio di compressione inferiore è dotato di mezzi noti per regolare la potenza, ad un cursore di regolazione oppure di un motore con numero di giri variabile, per modificare la portata per adattarla alla corrente volumetrica del vapore che esce dall’evaporatore, dove il cursore di regolazione forma una parte della parete perimetrale dell’ alloggiamento che contiene i rotori e libera un'apertura di passaggio nell’alloggiamento per modificare la mandata del compressore, attraverso cui una parte del volume della portata aspirato ritorna al lato d'aspirazione del compressore. In questo modo, si modifica la corrente della massa trasportata attraverso il compressore, che moltiplicata con la differenza di entalpia, dà la potenzialità refrigerante. At least before the upper compression stage enters the compressor, according to the invention, a non-return valve is arranged to limit the compression sectors of the lower and upper stages, where the intermediate delivery connection in the direction of the current is arranged after the check valve. In this way, the compressor of the lower compression stage could be limited for example to 52 bar, while the compressor of the upper compression stage would be limited to 130 bar, for example. In addition, in the case of the version with an intermediate compression separator, a forced-control valve is arranged in the oil supply line to the compressor of the lower compression stage, which is only open during operation of the compressor of the lower compression stage. and is closed when the compressor stops. Furthermore, the two-stage compressor system has known means, for maintaining an operating parameter on the user's side, e.g. the pressure at the compressor outlet or on the suction side of the lower stage, around a predefined value, to keep constant, for example. the evaporation temperature and, consequently, adjust the temperature on the "user's side". The compressor of the lower compression stage is equipped with known means for regulating the power, with an adjustment slider or with a motor with variable number of revolutions, to modify the flow rate to adapt it to the volumetric current of the steam leaving the evaporator, where the adjustment slider forms a part of the perimeter wall of the housing that contains the rotors and frees a passage opening in the housing to modify the compressor delivery, through which a part of the volume of the suctioned flow returns to the suction side of the compressor. In this way, the current of the mass transported through the compressor changes, which multiplied with the difference in enthalpy, gives the refrigerant capacity.
La figura 1 mostra un diagramma semplificato della tubazione di un impianto frigorifero secondo l'invenzione con un apparecchio compressore a viti a due stadi a quattro espansioni. Figure 1 shows a simplified diagram of the piping of a refrigeration plant according to the invention with a two-stage, four-expansion screw compressor apparatus.
La figura 2 mostra un diagramma semplificato della tubazione di un impianto frigorifero secondo l'invenzione con un apparecchio compressore a viti a due stadi con espansione ad uno stadio e raffreddamento a più stadi e condensazione del CO2dopo l’uscita del radiatore del gas. Figure 2 shows a simplified diagram of the piping of a refrigeration system according to the invention with a two-stage screw compressor unit with one-stage expansion and multi-stage cooling and condensation of CO2 after the gas radiator is released.
Lista dei segni di riferimento impiegati List of reference marks used
1 Compressore a viti 1 Screw compressor
Compressore a viti Screw compressor
Separatore d’olio Oil separator
Radiatore del gas Gas radiator
Recipiente a pressione intermedio Tubazione Intermediate pressure vessel. Piping
Tubazione Piping
Sistema separatore del liquido Evaporatore Liquid separator system Evaporator
Valvola antiritomo Non-return valve
Lato d'aspirazione Suction side
Valvola d’arresto dell’olio Separatore del liquido ausiliario Separatore del liquido ausiliario Dispositivo a valvola Dispositivo a valvola Dispositivo a valvola Oil stop valve Auxiliary liquid separator Auxiliary liquid separator Valve device Valve device Valve device
Lato della strozzatura Side of the choke
Valvola di arresto Stop valve
Strozzatura Choking
Raccordo ECO ECO fitting
Raccordo ECO ECO fitting
Raccordo di mandata intermedio Strozzatura Intermediate delivery connection Throttling
Strozzatura Choking
Percorso della corrente Path of the current
31 Refrigeratore del liquido ausiliario superiore 31 Upper auxiliary liquid cooler
32 Refrigeratore del liquido ausiliario centrale 32 Central auxiliary liquid chiller
33 Refrigeratore del liquido ausiliario inferiore 33 Lower auxiliary liquid cooler
34 Valvola 34 Valve
35 Valvola 35 Valve
36 Valvola 36 Valve
37 Refrigeratore dell'olio 37 Oil cooler
Con la soluzione secondo l'invenzione, secondo la figura 1, il mezzo refrigerante CO2viene compresso in un impianto a due stadi con compressori a viti ad immersione in olio 1 e 2, disposti imo dietro l’altro direttamente nella direzione della corrente. Tra il compressore a viti 1 e 2 è disposta una valvola antiritomo 10, che impedisce alla pressione di salire in modo inammissibile, all'arresto del compressore a viti, a causa della corrente di ritorno. L’olio alimentato al compressore a viti 1 dello stadio di compressione inferiore mediante la valvola di arresto dell’olio 16, per la lubrificazione, il raffreddamento e la chiusura a tenuta dei rotori esce insieme al CO2il lato di compressione del compressore a viti 1 e viene portato al lato d'aspirazione 13 del compressore a viti 2, che viene alimentato anch'esso di olio per la lubrificazione, il raffreddamento e la chiusura a tenuta. La linea tratteggiata indica il circuito dell’olio per i due compressori a viti. Le correnti dell'olio dei due compressori a viti 1 e 2 escono dal compressore a viti 2 ed arrivano insieme al CO2compresso nel separatore d’olio 3. L’impianto di arricchimento dell’olio, costituito da separatore dell’olio 3, radiatore dell’olio e da filtro dell’olio non illustrato è disposto a valle della corrente, sul lato del gas e dell’olio, dietro al compressore a viti 2. fi compressore a viti 1 ed il compressore a viti 2 vengono alimentati con olio raffreddato e filtrato. L'olio viene alimentato ai punti funzionali del compressore a viti 1 e 2, ad es. ai cuscinetti ed al vano di lavoro per il raffreddamento del processo di compressione, la lubrificazione e la chiusura a tenuta idraulica delle superimi a fessura che circondano il vano di lavoro. I compressori a viti 1 e 2 sono parte del circuito di raffreddamento comune. livello di compressione finale dello stadio di compressione inferiore è selezionato in modo tale che i valori COP dello stadio di compressione inferiore e superiore sono quasi uguali. La compressione finale dello stadio superiore è maggiore della compressione al punto critico del refrigerante. I compressori a vite 1 e 2 hanno, ciascuno, vantaggiosamente, un’apertura intermedia di pressione 25 e 26, il cosiddetto raccordo ECO, che confina nel senso della corrente con i vani interdentali dei rotori nel'alloggiamento in modo tale che vi sia un collegamento di corrente sul lato d'aspirazione o sul lato di compressione, fintanto che il raccordo ECO è in collegamento con i vani interdentali. Il compressore a viti 2 è costruito vantaggiosamente come descritto nello scritto divulgativo n. OS 10334947. Nella tubazione di collegamento tra il compressore a viti 1 e 2 è previsto un raccordo di compressione intermedio 27, attraverso cui il "vapore di flash” che esce da un recipiente a pressione intermedio attraverso una tubazione 12 con un dispositivo a valvole controllabile 20. Il recipiente a pressione intermedio5 viene alimentato dal lato della coppa dell'olio di un separatore di liquido ausiliario 17 tramite una strozzatura "centrale" 28, il cui vapore di flash viene alimentato in un raccordo ECO 6 del compressore a viti 2 tramite una tubazione 6 con un dispositivo a valvola controllabile 19. Il lato della coppa del recipiente a pressione intermedia 5 è collegato a valle della corrente in un separatore di liquido ausiliario inferiore 18 tramite una tubazione per alimentare il liquido. In questa tubazione sono disposte valvola d’arresto 23 ed una strozzatura “inferiore” 29. La valvola d’arresto 23 è aperta solo durante il funzionamento di entrambi i compressori. vapore di flash che si forma dietro la strozzatura inferiore 29 viene separato nel separatore di liquido ausiliario 18 ed alimentato nel raccordo ECO 25 del compressore a viti 1 tramite una tubazione 7 con dispositivo a valvole controllabile 21. Il separatore di liquido superiore 17 è collegato a valle della corrente dietro il radiatore del gas 4 tramite una tubazione 30, in cui è disposta la strozzatura "superiore" 22. In questo separatore di liquidi ausiliario "superiore" 17 vengono separate le due fasi vapore di flash e liquido, che si formano come risultato del primo stadio di espansione. Il liquido viene espanso nel recipiente a pressione intermedio 5 tramite la strozzatura “centrale” 28. Dalla coppa del separatore di liquido ausiliario 18 arriva il liquido nel sistema separatore di liquido-evaporatore 8 tramite la strozzatura "più bassa" 24, da cui vengono alimentati il vapore di flash del lato d'aspirazione del compressore a viti 1 dello stadio di compressione inferiore, insieme al vapore del refrigerante che si forma con l alimentazione del calore nell’evaporatore 9. With the solution according to the invention, according to Figure 1, the CO2 refrigerant medium is compressed in a two-stage system with oil immersion screw compressors 1 and 2, arranged one behind the other directly in the direction of the current. Between the screw compressor 1 and 2 there is a non-return valve 10, which prevents the pressure from rising in an inadmissible way, when the screw compressor stops, due to the return current. The oil supplied to the screw compressor 1 of the lower compression stage via the oil shut-off valve 16, for lubrication, cooling and sealing of the rotors, exits together with the CO2 the compression side of the screw compressor 1 and it is brought to the suction side 13 of the screw compressor 2, which is also supplied with oil for lubrication, cooling and sealing. The dotted line indicates the oil circuit for the two screw compressors. The oil streams of the two screw compressors 1 and 2 leave the screw compressor 2 and arrive together with the compressed CO2 in the oil separator 3. The oil enrichment system, consisting of an oil separator 3, The oil and oil filter (not shown) is arranged downstream of the flow, on the gas and oil side, behind the screw compressor 2. The screw compressor 1 and the screw compressor 2 are supplied with cooled oil and filtered. The oil is supplied to the functional points of the screw compressor 1 and 2, e.g. to the bearings and the work space for cooling the compression process, lubrication and watertight sealing of the slit surfaces surrounding the work space. Screw compressors 1 and 2 are part of the common cooling circuit. final compression level of the lower compression stage is selected such that the COP values of the lower and upper compression stage are nearly equal. The final compression of the upper stage is greater than the compression at the critical point of the refrigerant. The screw compressors 1 and 2 advantageously each have an intermediate pressure opening 25 and 26, the so-called ECO connection, which adjoins in the current direction with the interdental spaces of the rotors in the housing so that there is a power connection on the suction side or the compression side, as long as the ECO connection is connected to the interdental spaces. The screw compressor 2 is advantageously constructed as described in the disclosure document no. OS 10334947. An intermediate compression fitting 27 is provided in the connecting pipeline between the screw compressor 1 and 2, through which the "flash vapor" exiting an intermediate pressure vessel through a pipeline 12 with a controllable valve device 20. The intermediate pressure vessel 5 is fed from the oil pan side of an auxiliary liquid separator 17 via a "central" choke 28, the flash vapor of which is fed into an ECO connection 6 of the screw compressor 2 via a pipeline 6 with a controllable valve device 19. The cup side of the intermediate pressure vessel 5 is connected downstream of the stream to a lower auxiliary liquid separator 18 via a pipeline for supplying the liquid. stop 23 and a "lower" restriction 29. The stop valve 23 is only open during operation of both compressors. flash that forms behind the lower throat 29 is separated in the auxiliary liquid separator 18 and fed into the ECO connection 25 of the screw compressor 1 by means of a pipe 7 with controllable valve device 21. The upper liquid separator 17 is connected downstream of the flow behind the gas cooler 4 via a pipe 30, in which the "upper" throat 22 is arranged. In this "upper" auxiliary liquid separator 17 the two vapor phases of flash and liquid are separated, which are formed as a result of the first stage of expansion. The liquid is expanded in the intermediate pressure vessel 5 through the "central" restriction 28. From the auxiliary liquid separator cup 18, the liquid reaches the liquid separator-evaporator system 8 through the "lower" restriction 24, from which they are fed the flash vapor of the suction side of the screw compressor 1 of the lower compression stage, together with the vapor of the refrigerant which is formed with the supply of heat to the evaporator 9.
La disposizione di numerosi stadi d’espansione porta ad un miglioramento del processo, dal momento che l’espansione del vapore ad alta pressione, dopo l’uscita dal radiatore del gas, avviene non ad un solo stadio, ma a più stadi in successione su quattro livelli di compressione ed il vapore di flash dei singoli separatori deve essere compresso solo dal livello di compressione corrispondente al livello di compressione finale dello stadio di compressione superiore. The arrangement of numerous expansion stages leads to an improvement in the process, since the expansion of the high-pressure steam, after exiting the gas cooler, occurs not in a single stage, but in several stages in succession on four compression levels and the flash vapor of the individual separators should only be compressed by the compression level corresponding to the final compression level of the upper compression stage.
Anche un’altra soluzione secondo l’invenzione, secondo la fig. 2, ha due compressori a vite 1 e 2. La corrente di refrigerante alimentato al sistema evaporatore viene espansa ad un solo stadio, dopo che ha attraversato numerosi settori di raffreddamento. Per raffreddare la corrente di refrigerante in un refrigeratore ausiliario “superiore” 31, in un refrigeratore di liquido “centrale” 32 ed in un “refrigeratore" di liquido “inferiore” 33, che sono disposti in un percorso della corrente 30 per la corrente principale del refrigerante, una corrente parziale del liquido refrigerante viene suddivisa da diramazioni prima del rispettivo settore di raffreddamento del liquido, espansa nelle valvole 34, 35, 36 alla pressione intermedia rispettiva ed evaporata nel rispettivo refrigeratore di liquido ausiliario 31, 32, 33. Questo vapore del refrigerante viene alimentato al rispettivo raccordo ECO 26 del compressore a viti 2, al raccordo intermedio 27 tra i compressori a viti 1 e 2 ed il raccordo ECO 25 del compressore a viti 1. La valvola di arresto 23 nella tubazione del refrigerante 30 è aperta solamente quando il compressore a viti 2 è in funzione e la pressione di aspirazione di questo compressore è inferiore ad un valore predefinito, ad es. 52 bar. Also another solution according to the invention, according to fig. 2, has two screw compressors 1 and 2. The refrigerant stream fed to the evaporator system is expanded to a single stage, after it has passed through numerous cooling sectors. To cool the refrigerant stream in an "upper" back-up cooler 31, in a "middle" liquid chiller 32 and in a "lower" liquid chiller 33, which are arranged in a stream path 30 for the main stream of the coolant, a partial stream of the coolant liquid is split by branches before the respective liquid cooling sector, expanded in the valves 34, 35, 36 to the respective intermediate pressure and evaporated in the respective auxiliary liquid cooler 31, 32, 33. This vapor refrigerant is supplied to the respective ECO connection 26 of the screw compressor 2, the intermediate connection 27 between the screw compressors 1 and 2 and the ECO 25 connection of the screw compressor 1. The stop valve 23 in the refrigerant line 30 is open only when screw compressor 2 is running and the suction pressure of this compressor is below a predefined value, e.g. 5 2 bar.
La soluzione secondo l’invenzione descritta con numerosi stadi di espansione di correnti parziali del refrigerante per raffreddare la corrente principale del refrigerante al livello di pressione superiore consente d'aumentare al potenzialità refrigerante e di migliorare l'efficienza quasi come nel primo esempio d'esecuzione. The solution according to the invention described with numerous stages of expansion of partial currents of the coolant to cool the main stream of the coolant to the higher pressure level allows to increase the cooling capacity and to improve the efficiency almost as in the first example of embodiment. .
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