KR20070106776A - 내부 열교환기를 구비한 냉각 회로의 제어 - Google Patents

내부 열교환기를 구비한 냉각 회로의 제어 Download PDF

Info

Publication number
KR20070106776A
KR20070106776A KR1020077021129A KR20077021129A KR20070106776A KR 20070106776 A KR20070106776 A KR 20070106776A KR 1020077021129 A KR1020077021129 A KR 1020077021129A KR 20077021129 A KR20077021129 A KR 20077021129A KR 20070106776 A KR20070106776 A KR 20070106776A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
evaporator
throttle valve
temperature sensor
heat exchanger
outlet temperature
Prior art date
Application number
KR1020077021129A
Other languages
English (en)
Inventor
베른트 하인보켈
우르스 슈미트
Original Assignee
캐리어 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 캐리어 코포레이션 filed Critical 캐리어 코포레이션
Priority to KR1020077021129A priority Critical patent/KR20070106776A/ko
Publication of KR20070106776A publication Critical patent/KR20070106776A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F25B41/34—Expansion valves with the valve member being actuated by electric means, e.g. by piezoelectric actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F25B40/06—Superheaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/07—Details of compressors or related parts
    • F25B2400/075—Details of compressors or related parts with parallel compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/22—Refrigeration systems for supermarkets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/19—Calculation of parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/21—Refrigerant outlet evaporator temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/193—Pressures of the compressor
    • F25B2700/1933—Suction pressures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/197—Pressures of the evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2115—Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21151—Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the suction side of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2117—Temperatures of an evaporator
    • F25B2700/21175—Temperatures of an evaporator of the refrigerant at the outlet of the evaporator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

열방출 열교환기(4), 증발기 스로틀 밸브(8), 증발기(10), 컴프레서(22), 증발기(10)와 컴프레서(22) 사이에서 "저온 측면"을 구비하며 위치하는 내부 열교환기(16), 증발기(10)와 내부 열교환기(16) 사이에 위치한 입구 온도 센서(24), 내부 열교환기(16)와 컴프레서(22) 사이에 위치한 출구 온도 센서(26) 및 출구 온도 센서 측정값에 기초하여 증발기 스로틀 밸브(8)를 제어하기 위한 제어부(28)를 유동 방향 내에 포함하며, 예정된 유동 방향 내에서 냉매를 순환시키기 위한 냉각 회로(2)가 개시된다.
냉각, 냉매, 회로, 열교환기, 증발기, 컴프레서, 온도, 센서

Description

내부 열교환기를 구비한 냉각 회로의 제어{CONTROL OF A REFRIGERATION CIRCUIT WITH AN INTERNAL HEAT EXCHANGER}
본 발명은 유동 방향으로 열 방출 열교환기, 증발기 스로틀 밸브, 증발기, 컴프레서, 증발기와 컴프레서 사이에서 "저온 측면(cold side)"을 구비하며 위치하는 내부 열교환기, 온도 센서 및 이 온도 센서에 의해 제공되는 온도 센서 신호들에 기초하여 증발기 스로틀 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는, 예정된 유동 방향으로 냉매를 순환시키기 위한 냉각 회로에 관련된다.
이러한 유형의 냉각 회로들은, 온도 센서가 증발기와 내부 열교환기의 사이에 위치하고 "세미 플러드(semi flood)"라고 불리는 작동 모드에서 작동된다. "세미 플러드"는 증발기 내의 냉매를 완전히 증발시키지 않고 매우 낮은 초과열(superheat)을 가지는 가스화 냉매 및 액체 냉매의 혼합물을 출구에서 제공하는 증발기의 조건을 일컫는다. 내부 열교환기는 이러한 가스화/액체 냉매의 초과열을 상승시킬 것이며 따라서 액체 냉매의 잔여물을 증발시키고 냉매가 내부 열교환기에 이어 지향되는 컴프레서의 안전한 작동을 보장한다. 잘 알려진 바와 같이, 컴프레 서의 입구에서 액체 냉매는 컴프레서의 심각한 손상을 야기할 수 있다.
증발기 내에서 최적화된 열교환을 위해 온도 센서가 증발기의 출구에 제공된다. 정확한 압력 밸브(measured pressure valve)와 함께, 예를 들어 흡입 압력, 증발 온도 및 초과열이 계산된다. 증발기의 출구에서 온도 또는 초과열에 기초하여, 제어부는 증발기 스로틀 밸브를 제어하고 따라서 증발기로의 냉매의 유동을 제어한다. 냉각 수용부에 의한 특정한 냉각 요구조건에 따라, 증발기를 통한 냉매 유동에 대한 최적화된 세트포인트(setpoint)가 유지될 수 있다.
그러나, 시스템은 냉각 요구조건뿐만 아니라 주위 온도 등과 같은 다른 파라미터들에도 의존한다. 예를 들어 응축 온도는 냉각 회로의 에너지 소비를 최적화하기 위해서 겨울철에는 15℃로 낮춰질 수 있는 반면 여름철 모드에서는 47℃까지 상승한다. 이는 겨울 철 모드에서 더 작은 온도 차이들에 기인하여 내부 열교환기의 용량이 더욱 작게되는 결과가 될 것이다. 결과적으로 가스화 냉매 내의 액체는 내부 열교환기의 용량이 너무 작기 때문에 컴프레서로 흘러들어갈 수 있다. 여름철 모드에서, 다른 한편, 컴프레서의 방출온도는 임계치가 될 수 있고, 그 결과 통상적으로 약간의 양만큼 냉매에 나타나는 것처럼 냉매 및/또는 윤활제의 분해를 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 겨울철과 여름철 모드의 다른 작동 조건들에 적응할 수 있는 냉각 회로 및 그러한 회로를 작동하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 이러한 목적은 내부 열교환기와 컴프레서 사이에 출구 온도 센서를 제공하고 출구 온도 센서 측정값에 기초한 증발기 스로틀 밸브의 제어를 위한 제어부를 제공하는 것에 의해 해결된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 내부 열교환기의 출력 온도 또는 초과열은 증발기 스로틀 밸브의 개방 정도를 정하기 위해 사용되며 컴프레서 입구로 유동하는 냉매의 의도된 조건이 보장된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 냉각 회로는 증발기와 내부 열교환기 사이에 위치하는 입구 온도 센서를 더욱 포함하며, 그 제어는 입구 및 출구 온도 센서 측정값들에 기초한 증발기 스로틀 밸브의 제어를 위해 적합하게 된다. 주위 온도 조건들의 넓은 범위 때문에 입구 온도 센서에 기초한 제어는 상기 넓은 범위 전체 내에서 냉각 회로의 최적화한 제어가 아닐 수도 있다. 특히, 예를 들어 주위 온도와 같은 특정한 조건들에 따라 입구 온도 센서와 출구 온도 센서 사이에서 스위칭하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 스위칭(switching over)은 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다. 예를 들어 이러한 스위칭은 응축온도가 사전설정 값 아래로 낮아지는 경우에 수행될 수 있다. 또한 증발기 스로틀 밸브의 정확한 개방 정도를 결정하거나 계산하기 위해 양 쪽의 값들의 측정값들을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 증발기 스로틀 밸브를 향해 유동하는 액체 냉매는 증발기로부터 방출되면서 액체/가스화 냉매를 초과열하는 열을 제공할 수 있다. 이러한 효과를 위해 내부 열교환기의 "저온 측면"은 증발기와 컴프레서 사이에서 회로 내에 위치할 수 있다. 따라서 증발기를 향해 유동하는 냉매는, 통상적으로 냉각장치 소비자와 관련하여, 컴프레서를 향하여 유동하는 냉매가 상기한 냉각 회로에 유리한 양 쪽의 효과들을 구비하며 초과열되는 동안 서브쿨(subcooled)된다. 내부 열교환기의 "고온 측면(hot side)"은 또한 냉각 회로의 안쪽 또는 바깥쪽에서 어떤 다른 적절한 열원에 연결될 수 있다. 열 방출 열교환기(그리고 리시버, 각각)와 증발기 스로틀 밸브 사이에 "고온 측면"을 제공하면 회로의 이러한 지점에서 플래시(flash) 가스의 발생을 감소시키는 증발기 스로틀에 앞서 냉매를 서브쿨링하는 이점을 가진다. 흡입 가스, 다시 말하면 컴프레서를 향해 유동하는 냉매의 초과열과 더불어, 이는 냉각 회로 내에서 최적화된 열 전이(shift)를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉매는 예를 들어 이산화탄소가일 수 있으며 냉각회로는 초임계 작동 모드에서 작동에 적합하게 되고 열방출 열교환기는 응축기로서 그리고 가스쿨러(gascooler)로서 작동되도록 적합하게 된다. "초임계(supercritical)" 냉매는 적어도 몇몇 작동 모드들에서 초임계 조건에서 냉각 회로를 작동시키는 것을 요구하는 냉매를 말한다. 이산화탄소 냉매를 예로 들면, 여름철 모드에서는 통상적으로 초임계이다. 반면에 겨울철 모드는 임계 압력 아래에 있는 냉각 회로 내에서 가장 높은 압력과 함께 통상적인 작동 모드일 수 있다. 초임계 냉매를 갖는 이러한 냉각 회로에서, 열방출 열교환기는 전형적으로 "가스쿨러 (gascooler)"라고 불려지고, 이는 그러한 가스쿨러는 초임계 모드에서 가스화 냉매를 냉각하고 통상적인 모드에서 가스화 냉매를 응축하기 위해 적합하게 되는 것과 같음을 의미한다.
본 발명의 일 실시예는 앞서 언급된 본 발명의 냉각 회로의 실시예들 중 여하한의 실시예에 따른 냉각 회로를 포함하는 냉각 장치에 관련되며 특히 증발기가 이산화탄소-케스케이드(CO2-cascade) 응축기로서 작동하는 경우에 관련된다. 이산화탄소는 이때 낮고 그리고 높은 온도 냉매로서 사용된다. 이러한 냉각장치는 냉각환경을 디스플레이 캐비넷들 등에 제공하기 위한 수퍼마켓 등을 위한 냉각 시스템일 수 있다. 이산화탄소-케스케이드 응축기와 더불어, 내부 열교환기의 "고온 측면"은 낮은 온도 컴프레서(들)로부터의 배출 가스와 함께 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 또한 예정된(predetermined) 유동 방향으로 냉매를 순환시키기 위한 냉각 회로를 작동시키는 방법이 제공된다. 이 방법에서, 유동 방향으로 냉각 회로는 열방출 열교환기, 증발기 스로틀 밸브, 증발기, 컴프레서, 증발기와 컴프레서 사이에 "저온 측면"을 구비하며 위치하는 내부 열교환기, 내부 열교환기와 컴프레서 사이에 위치하는 출구 온도 센서 및 제어부를 포함하며, 상기 방법은 출구 온도 센서와 (흡입) 압력 측정값에 기초하여 증발기 스로틀 밸브를 제어하는 단계를 포함한다. 아래에 기술된 바람직한 실시예 뿐만 아니라 일반적으로 상기 방법은 본 출원 명세서에 개시된 냉각 회로의 실시예들과 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 방법은 증발기와 내부 열교환기 사이에 위치한 입구 온도 센서를 더욱 포함하는 냉각회로에 관련되며, 또한 입구 및 출구 온도 센서와 압력 측정값들에 기초하여 증발기 스로틀 밸브를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 증발기 스로틀 밸브를 제어하는 단계는 입구 온도 센서에서 입구 온도 세트포인트에 기초하여 증발기 스로틀 밸브를 제어하는 단계; 및 출구 온도 센서 측정값에 기초하여 입구 온도 세트포인트를 변경(shifting)시키는 단계;를 포함한다.
입구 온도 세트포인트는 또한 차등(differential) 온도 세트포인트, 다시 말하면, 초과열 세트포인트로 정의될 수 있다. 실질적인 초과열은 입구 온도로부터, 측정된 흡입 압력으로부터 계산될 수 있는 증발 온도를 감하여(subtracting) 계산될 수 있다. 비슷하게 출구 온도 초과열 세트포인트도 정의될 수 있다.
"입구 온도" 또는 어떤 다른 "온도", "온도 센서 값", "온도 측정", 기타 등등은 이러한 단어들의 정확한 의미로 "온도"이어야만 하는 것은 아니며, 특정한 온도 값을 지시하는 값일 수 있다. 이와 같이 또한 온도 센서들은 정확한 온도 값을 제공하는 유형의 센서들일 수 있지만, 특정 온도를 지시하는 데이터를 제공하는 것으로 충분하다. 이러한 방법에 따르면, 입구 온도 센서, 다시 말하면 증발기 출력 온도는 통상적으로 증발기 밸브를 개방하는 정도를 제어할 것이다. 그러나, 이러한 제어를 위한 세트포인트의 채택은 내부 열교환기의 출구에서의 온도에 기초하여 정해진다. 따라서 출구 온도 센서는 단순히 조절(regulation) 또는 제어(control)를 위해 세트포인트에 영향을 미칠 것이며 그러한 제어는 증발기와 전체 시스템의 효율을 최적화하기 위해 입구 온도 측정과 더불어 수행된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 입구 온도 또는 초과열 세트포인트를 변경하기 위한 특성화된 시간 상수(characteristic time constant)는 실질적으로 입구 온도에 기초한 증발기 스로틀 밸브의 제어를 위한 특성화된 시간 상수보다 더 크다. 이는 증발기 온도와 더불어 입구 온도 또는 입구 온도 측정이 주로 증발기 스로틀 밸브를 구동시키는 것을 확실하게 한다. 입구 온도 또는 초과열 세트포인트의 변경을 위한 더 큰 특성화된 시간 상수를 사용하는 대신에, 출구 온도 센서 측정값들을 위해 상대적으로 넓게 허용될 수 있는 범위가 결정될 수 있으므로 입구 온도 또는 초과열 세트포인트의 변경은 단지 출구 온도 측정값들이 허용된 범위를 벗어날 때 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 변경 단계는, 출구 온도 세트포인트 또는 출구 온도 범위와 출구 온도 측정값을 비교하는 단계, 만일 출구 온도 센서 측정값이 출구 온도 세트포인트 또는 출구 온도 세트포인트의 상위 범위 위에 있다면 입구 온도 또는 초과열 세트포인트를 낮추는 단계, 만일 출구 온도 센서 측정값이 출구 온도 세트포인트 또는 출구 온도 범위의 하위 끝 각각 아래에 있다면 입구 온도 세트포인트를 높이는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증발기 스로틀 밸브를 제어하는 단계는, 또한 입구 온도 센서 측정값과 흡입 압력에 기초하여 증발기 스로틀 밸브에 대한 제1 개방도(a first degree of opening)를 계산하는 단계; 출구 온도 센서 측정값과 가능한 흡입 압력에 기초하여 증발기 스로틀 밸브에 대한 제2 개방도(a second degree of opening)를 계산하는 단계; 상기 제1 개방도 및 상기 제2 개방도 중 더 낮은 값을 결정하는 단계; 및 상기한 더 낮은 개방도에 기초하여 증발기 스로틀 밸브를 제어하는 단계;를 포함한다.
이러한 유형의 제어와 함께, 입구 온도 센서 측정값 또는 출구 온도 센서 측정값은 흡입 압력 측정값들과 더불어 증발기 밸브들을 제어할 수 있다. 입구 온도 센서 및/또는 출구 온도 센서에 대한 각각의 온도 또는 초과열 세트포인트 또는 온도 또는 초과열 범위가 사용될 수 있다. 이러한 온도 세트포인트 또는 범위는 고정되거나 또는 대안적으로 상기 제어방법에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 출구 온도 센서 측정값에 기초한 제어를 위한 특성화된 시간 상수는 실질적으로 입구 온도 센서 측정값에 기초한 제어를 위한 특성화된 시간 상수보다 더 크다. 또한 더 넓은 온도 범위가 앞서 언급된 것과 유사하게 출구 온도 센서와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 입구 온도 범위의 세트포인트 또는 각각의 상위 끝은 회로 내에 이러한 위치에서 포화된 가스화 냉매의 온도보다 약 3 K 위에 있다.
본 발명의 일 실시예들은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 회로를 나타내는 도면을 참조하여 아래 더욱 자세하게 기술된다.
도면에서 냉각 회로(2)는 예정된 유동 방향으로, 하나 또는 복수의 구성요소들, 또한 이산화탄소로 이루어지는 냉매의 순환을 나타낸다.
냉각 회로(2)는 예를 들어 수퍼마켓 또는 산업용 냉각을 위해 사용될 수 있다. 유동 방향으로 냉각 회로(2)는 이산화탄소와 같은 초임계 유체의 경우에 가스쿨러(4)로서 작동하는 열방출 열교환기(4)를 포함한다. 가스쿨러(4)에 이어서 이산화탄소는 높은 압력 조절 밸브를 지나 리시버(6)로 유동한다. 리시버(6)는 하나 또는 복수의 냉각 수용부(들)(12)의 하나 또는 복수의 증발기 스로틀 밸브(8)로 이어지는 전달을 위해 냉매를 수집하고 저장한다. 부가적으로 리시버(6)는 압력 조절 밸브를 경유하여 흡입 라인(30)으로 이동되는 플래시(flash) 가스를 분리한다. 증발기(10)는 증발기 스로틀 밸브(8)에 연결된다. 증발기 출구(14)는 내부 열교환기(16)에 연결되며, 내부 열교환기의 출구(18)는 복수의 컴프레서들(22)을 포함하는 컴프레서 유닛(20)에 연결된다.
증발기 스로틀 밸브(8)는 전자팽창밸브(EEV)일 수 있다. 증발기 스로틀 밸브는 예를 들어 온도 값들과 압력 값들과 같은 측정값들에 기초하여 제어될 수 있다. 제어부(28)가 증발기 스로틀 밸브(8)를 제어하기 위해 제공될 수 있다. 제어부(28)는 바람직하게 린드 콘트롤 UA300E(Linde control UA300E)이다. 온도 게이지들 또는 센서들(24 및 26), 특히 입구 온도 센서(24) 및 출구 온도 센서(26)는, 각각, 증발기(10)의 출구(14)와 내부 열교환기의 입구 사이, 내부 열교환기의 출구(18)와 컴프레서 유닛(22) 또는 컴프레서로의 입구 사이의 어느 곳에라도 위치할 수 있다. 복수의 냉각 수용부 회로들이 있는 경우에, 하나의 출구 온도 센서(26)가 각각의 냉각 수용부 회로를 위해 제공될 수 있다. 또한 모든 이러한 냉각 수용부 회로들에 속하는 조인트 흡입 라인(30) 내에 단일의 출구 온도 센서를 사용할 수 있다. 비슷하게, 압력 게이지들 또는 센서들 (27 및/또는 27´)이 흡입 압력을 측정하기 위해 회로 내에 제공될 수 있다. 측정된 흡입 압력은 증발기(10) 내의 증발 온도를 계산하기 위해 사용된다. 흡입 압력은 일반적으로 지점(27´) 뿐만 아니라 지점(27)에서 측정될 수 있는데 이는 단지 증발 압력을 계산할 때 고려될 수 있는 정도로 그들 사이에는 작은 차이들이 있다.
조인트 제어부(28) 대신에 각각의 냉각 수용부 회로 또는 각각의 온도 센서(24, 26, 기타등등)를 위한 복수의 제어부들이 사용될 수 있다.
작동시에 내부 열교환기(16)는 건조 가스화 냉매, 즉 "흡입 가스"를 컴프레서(22)에 전달하는 것을 확실히 하기 위해 증발기의 출구(14)로부터 배출되는 냉매를 과열한다(superheats). 흡입가스는 내부 열교환기(16)의 "저온 측면" 상에 있는 반면에 라인(32)을 통하여 유동하는 고압 냉매는 내부 열교환기(16)의 "고온 측면" 상에 있어서 "고온 측면"으로부터의 열은 "저온 측면" 흡입 가스로 전달된다. 결과적으로 고압 냉매는 "서브쿨링"된다. 서브쿨링은 증발기 스로틀 밸브(8) 이후 플래시 가스의 양을 감소시킨다. 동시에 흡입가스는 초과열되며 따라서 건조 흡입가스의 컴프레서(22)로의 전달을 보장한다.
PI제어기(Proportional-Integral-control) 또는 PID제어기(Proportional-Integral-Differential-control)가 온도 센서 측정값들에 기초한 증발기 스로틀 밸브(8)의 제어를 위해 사용될 수 있다. 이러한 제어기는 제어부(28) 내에 구비될 수 있다. 내부 열교환기(16) 뒤에 출구 온도 센서(26)의 PI 또는 PID 제어기는 초과열 또는 흡입 가스 온도를 제어한다. 제어부(28) 또는 각각의 개별적 제어기들은 동시에(in parallel) 증발기 스로틀 밸브 또는 전자팽창밸브(8)의 개방도를 결정하는 더 낮은 정도와 더불어 증발기 스로틀 밸브(8)에 대한 개방도를 계산할 수 있다. 표준 동작 조건에서 팽창은 입력 온도 센서(24)에 의해 제어된다. 만일 출구(18)와 출구 온도 센서(26)에서의 온도가 각각 그의 세트포인트 보다 더 낮다면 제어부(28)는 그러한 출구 온도로부터 결정되는 개방도에 기초한 증발기 스로틀 밸브(8)의 제어를 시작한다. 출구 온도 센서(26)에서의 PI 파라미터는 입구 온도 센서(24)의 PI 또는 PID 제어기의 파라미터들보다 더 느려질(much slower) 수 있다. 이러한 이유로 시스템에서의 진동들의 위험이 감소될 수 있다.
대안적으로, 두 개의 온도 센서들(24, 26), 특히 입구 온도 센서(24) 및 출구 온도 센서(26)가 사용될 때, 출구 온도 센서(26)에서의 온도에 따라 입구 온도(24)에 기초한 제어의 초과열 세트포인트를 변경시킬 수 있다. 시스템을 입구 온도(24)를 위한 세트포인트의 변경이 입구 온도 측정값에 기초한 PI 또는 PID제어 보다 더 느려지도록 설계하는 것이 바람직하다. 따라서, 진동들의 위험이 증가되지 않으며, 이는 만일 제어가 단지 출력 온도 센서(26)에 기초한다면 그러할 수 있다.

Claims (14)

  1. 예정된 유동 방향으로 냉매를 순환시키기 위한 냉각 회로(2)에 있어서,
    열방출 열교환기(4);
    증발기 스로틀 밸브(8);
    증발기(10);
    컴프레서(22);
    상기 증발기(10)와 상기 컴프레서(22) 사이에 "저온 측면"을 구비하며 위치하는 내부 열교환기(16);
    상기 내부 열교환기(16)와 상기 컴프레서(22) 사이에 위치하는 출구 온도 센서(26); 및
    출구 온도 센서 측정값에 기초하여 상기 증발기 스로틀 밸브(8)를 제어하는 제어부(28)를 유동 방향으로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 회로(2).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증발기(10)와 상기 내부 열교환기(16) 사이에 위치하는 입구 온도 센서(24)를 더 포함하고,
    상기 제어부는 입구 및 출구 온도 센서 측정값들에 기초하여 상기 증발기 스로틀 밸브(8)를 제어하기 위해 적합화되는 것을 특징으로 하는 냉각 회로(2).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내부 열교환기(16)는 상기 열방출 열교환기(4)와 상기 증발기 스로틀 밸브(8) 사이에 "고온 측면"을 구비하며 위치하는 것을 특징으로 하는 냉각 회로(2).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 회로는 초임계 작동 모드에서 작동되기 위해 적합하게 되며,
    상기 열방출 열교환기(4)는 가스쿨러 또는 응축기로서 각각 작동하기 위해 적합하게 되는 것을 특징으로 하는 냉각 회로(2).
  5. 상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 냉각 회로(2)를 포함하는 냉각 장치.
  6. 제4항에 따른 냉각 회로(2)를 포함하는 이산화탄소-케스케이드 냉각 장치.
  7. 예정된 유동 방향으로 냉매를 순환시키기 위한 냉각 회로(2)를 작동시키는 방법에 있어서,
    상기 냉각 회로(2)는,
    열방출 열교환기(4);
    증발기 스로틀 밸브(8);
    증발기(10);
    컴프레서(22);
    상기 증발기(10)와 상기 컴프레서(22) 사이에 "저온 측면"을 구비하며 위치하는 내부 열교환기(16);
    상기 내부 열교환기(16)와 상기 컴프레서(22) 사이에 위치하는 출구 온도 센서(26); 및,
    제어부(28)를 유동 방향으로 포함하며,
    상기 방법은,
    출구 온도 센서 측정값에 기초하여 상기 증발기 스로틀 밸브(8)를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉각 회로(2)는 상기 증발기(10)와 상기 내부 열교환기(16) 사이에 위치하는 입구 온도 센서(24)를 더 포함하고,
    입구 및 출구 온도 센서 측정값들에 기초하여 상기 증발기 스로틀 밸브(8)를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 증발기 스로틀 밸브(8)를 제어하는 단계는,
    상기 입구 온도 센서(24)에서의 입구 온도 세트포인트에 기초하여 상기 증발 기 스로틀 밸브(8)를 제어하는 단계; 및
    출구 온도 센서 측정값(26)에 기초하여 상기 입구 온도 세트포인트를 변경하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 입구 온도 세트포인트를 변경하기 위한 특성화된 시간 상수는 실질적으로 상기 입구 온도 센서 측정값에 기초한 상기 증발기 스로틀 밸브(8)의 제어를 위한 특성화된 시간 상수보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 변경하는 단계는,
    상기 출구 온도를 출구 온도 세트포인트와 비교하는 단계;
    만일 상기 출구 온도가 상기 출구 온도 세트포인트 위에 있는 경우 상기 입구 온도 세트포인트를 낮추는 단계;
    만일 상기 출구 온도가 상기 출구 온도 세트포인트 아래인 경우 상기 입구 온도 세트포인트를 높이는 단계;를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 증발기 스로틀 밸브(8)를 제어하는 단계는,
    상기 입구 온도에 기초한 상기 증발기 스로틀 밸브(8)에 대한 제1 개방도를 계산하는 단계;
    상기 출구 온도에 기초한 상기 증발기 스로틀 밸브(8)에 대한 제2 개방도를 계산하는 단계;
    상기 제1 및 제2 개방도들 중 더 낮은 값을 결정하는 단계; 및,
    이러한 더 낮은 개방도에 기초하여 상기 증발기 스로틀 밸브(8)를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 출구 온도 센서(26)에 기초한 상기 제어에 대한 특성화된 시간 상수는 실질적으로 상기 입구 온도 센서(24)에 기초한 상기 제어에 대한 특성화된 시간 상수보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출구 온도의 상기 세트포인트는, 상기 회로(2) 내에 이러한 위치에서 포화된 가스화 냉매의 온도보다 약 3K 위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020077021129A 2007-09-14 2005-02-18 내부 열교환기를 구비한 냉각 회로의 제어 KR20070106776A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020077021129A KR20070106776A (ko) 2007-09-14 2005-02-18 내부 열교환기를 구비한 냉각 회로의 제어

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020077021129A KR20070106776A (ko) 2007-09-14 2005-02-18 내부 열교환기를 구비한 냉각 회로의 제어

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070106776A true KR20070106776A (ko) 2007-11-05

Family

ID=39062441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077021129A KR20070106776A (ko) 2007-09-14 2005-02-18 내부 열교환기를 구비한 냉각 회로의 제어

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20070106776A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2005327828B2 (en) Control of a refrigeration circuit with an internal heat exchanger
KR100423681B1 (ko) 냉각기의 핀치 및 배출 과열을 기초로 한 전자 팽창밸브의 제어 방법
US8186171B2 (en) Method for controlling high-pressure in an intermittently supercritically operating refrigeration circuit
US9010135B2 (en) Refrigeration apparatus with a refrigerant collection operation between a plurality of outdoor units
JP4411870B2 (ja) 冷凍装置
JP2010526985A (ja) フラッシュタンクエコノマイザを備えた冷媒蒸気圧縮システム
JP4978777B2 (ja) 冷凍サイクル装置
JP6264688B2 (ja) 冷凍装置
EP3882524B1 (en) Air conditioning system
EP2257749B1 (en) Refrigerating system and method for operating the same
RU2012126166A (ru) Устройство и способ для осушки газа
JP6712766B2 (ja) 二元冷凍システム
JP2014190614A (ja) ターボ冷凍機
RU2368850C2 (ru) Устройство управления холодильного контура с внутренним теплообменником
JP2009186033A (ja) 二段圧縮式冷凍装置
JP2001311567A (ja) 冷凍装置およびそれを用いた環境試験装置
KR20070106776A (ko) 내부 열교환기를 구비한 냉각 회로의 제어
JP6467682B2 (ja) 冷凍装置
CN104279789B (zh) 一种三联供空调系统
CN101644502B (zh) 制冷回路及用于运行该制冷回路的方法
KR102060689B1 (ko) 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치
KR102009338B1 (ko) 고효율 리사이클 응축기
KR100555095B1 (ko) 고온지역용 냉동사이클
RU2373462C2 (ru) Способ управления высоким давлением в периодически функционирующей суперкритически холодильной схеме
CN118057097A (zh) 变频器冷媒冷却控制方法与变频器冷媒冷却回路

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination