NO159504B

NO159504B - PROCEDURE FOR OPERATING A REFRIGERATOR CIRCUIT AND A REFRIGERATING CIRCUIT FOR IMPLEMENTING THE PROCEDURE.

Info

Publication number: NO159504B
Application number: NO842507A
Authority: NO
Inventors: Hermann-J Krahe
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1983-06-22
Filing date: 1984-06-21
Publication date: 1988-09-26
Also published as: NO159504C; BE899969A; FR2549209A1; DE3322474A1; CH665708A5; NO842507L

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for drift av The invention relates to a method for operating

et kjølemiddelkretsløp samt et kjølemiddelkretsløp ifølge kravenes innledninger. a coolant circuit as well as a coolant circuit according to the introductions of the requirements.

Ved utvikling av kulde benyttes kjølemiddelkrets-løp hvor et kjølemiddel som i utgangspunktet er gassformet, gjøres flytende ved at varme trekkes ut under høyt trykk. Flytendegjøringen gjennomføres eksempelvis ved varmeutveks-ling med kjølevann eller omgivelsesluft. Det kondenserte kjølemiddel underkjøles deretter ved ytterligere uttrekking av varme, avspennes deretter og fordamper ved lavt trykk idet det derved trekker varme fra en kuldeforbruker. When developing cold, a refrigerant circuit is used where a refrigerant which is initially gaseous is liquefied by extracting heat under high pressure. The liquefaction is carried out, for example, by heat exchange with cooling water or ambient air. The condensed refrigerant is then subcooled by further extraction of heat, is then relaxed and evaporates at low pressure, thereby drawing heat from a cold consumer.

Riktignok er virkningsgraden som kan oppnås ved den beskrevne fremgangsmåte for utvikling av kulde, ikke alltid optimal. Grunnen for dette er at kun en del av den varme som trekkes ut av systemet resulterer i en underkjøling av det flytendegjorte kjølemiddel. Admittedly, the degree of efficiency that can be achieved by the described method for developing cold is not always optimal. The reason for this is that only part of the heat extracted from the system results in a subcooling of the liquefied refrigerant.

Den foreliggende oppfinnelse tar således sikte på The present invention thus aims at

å løse den oppgave å utvikle en fremgangsmåte av den inn-ledningsvis nevnte type som imidlertid utmerker seg med en god virkningsgrad og stor kuldeeffekt. to solve the task of developing a method of the type mentioned at the outset which, however, is distinguished by a good degree of efficiency and great cooling effect.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at en faseadskillelse av dampforjne.de. andeler-fra det flytendegjorte .kj.ølemiddel gjennomføres mellom, flytendeg jøringen og underkjølingen. This task is solved according to the invention by a phase separation of steam forjne.de. portions-from the liquefied cooling agent is carried out between the liquefaction and the subcooling.

i Det ble innenfor den foreliggende oppfinnelses ramme funnet at kjølemiddélet også etter sin flytende-gjøring fremdeles delvis inneholder dampformede andeler. Dannelsen av damp er en følge av trykkfall eller lokale overoppvarmninger i kjølemiddelledingen. Ifølge oppfinnelsen utskilles således dampandelene fra det flytendegjorte kjølemiddel før underkjølingen slik at kun flytende kjølemiddel strømmer inn i underkjølingssonen. Herved forhøyes underkjølingens virkningsgrad og varmeoverføringen til det kjølende medium forbedres. i It was found within the framework of the present invention that the refrigerant, even after its liquefaction, still partially contains vapor-form portions. The formation of steam is a consequence of pressure drop or local overheating in the refrigerant line. According to the invention, the vapor components are thus separated from the liquefied refrigerant before subcooling so that only liquid refrigerant flows into the subcooling zone. This increases the efficiency of the subcooling and improves the heat transfer to the cooling medium.

Ved trekkene ifølge oppfinnelsen forhøyes kjøle-effekten i kretsløpet, især ved kompresjonskjølemaskiner, With the features according to the invention, the cooling effect in the circuit is increased, especially with compression cooling machines,

ved samme massesÆrøm *me4 orru\<^sl^ølemiddel'....Med andre _ord opp- at the same mass sÆrøm *me4 orru\<^sl^olemiddel'....In other _words up-

nås ved samme effektbehov, eksempelvis for kjølemiddel-kompressoren, en større kjøleeffekt. Det kreves ingen konstruksjonsmessig utvidelse, da alle vesentlige kompo-nenter i kjølemiddelkretsløpet, eksempelvis kompressor, rørledinger og armaturer, er de samme. Et trykkfall i under-kjølingssonen på kjølemiddelsiden, medfører ingen drifts-tekniske ulemper i energisammenheng, slik at det kan benyttes store strømningshastigheter og varmeovergangskoeff-isienter. is achieved with the same power requirement, for example for the refrigerant compressor, a greater cooling power. No structural expansion is required, as all essential components in the refrigerant circuit, for example the compressor, pipelines and fittings, are the same. A pressure drop in the sub-cooling zone on the refrigerant side does not cause any operational technical disadvantages in terms of energy, so that large flow rates and heat transfer coefficients can be used.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gir den ytterligere fordel at kun flytende kjølemiddel uten dampandel tilføres den etterfølgende avspenning. The method according to the invention gives the further advantage that only liquid refrigerant without a vapor component is added to the subsequent relaxation.

Oppfinnelsen angår videre et kjølemiddelkretsløp for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med en kompressor, en flytendegjører, en underkjølingssone, en avspenningsinnretning, og en faseadskillelsesinnretning so er anordnet mellom flytendegjøreren og underkjølingssonen og hvor underkjølingssonen er forbundet med faseadskillelsesinnretningens væskeoppsamlingsrom. The invention further relates to a refrigerant circuit for carrying out the method according to the invention with a compressor, a liquefier, a subcooling zone, a relaxation device, and a phase separation device which is arranged between the liquefier and the subcooling zone and where the subcooling zone is connected to the liquid collection space of the phase separation device.

Som kjølefluid benyttes især luft. Da kjølefluidet først treffer underkjølingssonen, oppnås en maksimal under-kjølingseffekt. I tillegg oppnås især ved drift om vinteren den fordel at den kalde luft utnyttes for underkjølingen, Air is mainly used as the cooling fluid. When the cooling fluid first hits the subcooling zone, a maximum subcooling effect is achieved. In addition, especially when operating in winter, the advantage is achieved that the cold air is used for subcooling,

mens allerede oppvarmet luft står til rådighet for flytende-gjøringen. På grunn av driftssikkerheten, kan til tross for lav lufttemperatur, flytendegjøringstemperaturen ikke senkes tilsvarende det som er termodynamisk mulig. while already heated air is available for liquefaction. Due to operational reliability, despite the low air temperature, the liquefaction temperature cannot be lowered to what is thermodynamically possible.

Oppfinnelsen samt ytterligere enkeltheter ved oppfinnelsen beskrives skjematisk på grunnlag av tegningen hvor fig. 1 viser et kjølemiddelkretsløp ifølge oppfinnelsen og fig. 2 viser et entalpi-trykkdiagram for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. The invention and further details of the invention are described schematically on the basis of the drawing where fig. 1 shows a coolant circuit according to the invention and fig. 2 shows an enthalpy-pressure diagram for the method according to the invention.

Fig. 1 viser skjematisk et kjølemiddelkretsløp i en kompresjonskjølemaskin. Et kjølemiddel, eksempelvis klordi-fluormetan, komprimeres i gassformet tilstand i en kompressor 1, eksempelvis til 15,3 bar. Det komprimerte kjølemiddel til-føres deretter en flytendegjører 2 hvor det ved varmeutveks-ling med omgivelsesluft avkjøles og flytendegjøres. Luft suges inn ved hjelp av en ventillator 3. Det flytendegjorte kjøle-middel føres deretter inn i en faseadskillelsesinnretning 4 hvor det flytendegjorte kjølemiddel adskilles fra gassfasen. Fra faseadskillelsesinnretningens 4 bunn fjernes flytendegjort kjølemiddel og tilføres en underkjølingssone 5 hvor det kondenserte kjølemiddel underkjøles. Fig. 1 schematically shows a refrigerant circuit in a compression refrigeration machine. A refrigerant, for example chlorodifluoromethane, is compressed in a gaseous state in a compressor 1, for example to 15.3 bar. The compressed refrigerant is then supplied to a liquefier 2 where it is cooled and liquefied by heat exchange with ambient air. Air is sucked in by means of a ventilator 3. The liquefied refrigerant is then fed into a phase separation device 4 where the liquefied refrigerant is separated from the gas phase. Liquefied coolant is removed from the bottom of the phase separation device 4 and fed into a subcooling zone 5 where the condensed coolant is subcooled.

I den viste utførelse er flytendegjøreren 2 og underkjølingssonen 5 sammenbygget til en konstruksjons- In the embodiment shown, the liquefier 2 and the subcooling zone 5 are assembled into a structural

enhet og tilføres felles kjøleluft fra omgivelsen. Det kondenserte kjølemiddel fra faseadskillelsesinnretningen 4 ledes først gjennom de røravsnitt i underkjølingssonen 6 unit and supplied with common cooling air from the surroundings. The condensed coolant from the phase separation device 4 is first led through the pipe sections in the subcooling zone 6

som er anordnet nærmest flytendegjøreren 2 for å minimere varmestrømmen fra flytendegjøreren 2 til underkjølingssonen 6. Dette tiltak er især viktig når flytendegjørerens 2 og underkjølingssonens 6 rør har felles lameller. which is arranged closest to the liquefier 2 to minimize the heat flow from the liquefier 2 to the subcooling zone 6. This measure is particularly important when the liquefier 2 and the subcooling zone 6 pipes have common fins.

Det underkjølte kondenserte kjølemiddel avspennes The subcooled condensed refrigerant is released

1 en avspenningsventil 7 og fordamper i en etterfølgende fordamper 8, idet varme trekkes ut fra en kuldeforbruker. Deretter komprimeres kjølemiddelet pånytt. 1 a relief valve 7 and evaporator in a subsequent evaporator 8, as heat is extracted from a cold consumer. The refrigerant is then compressed again.

I stedenfor den viste anordning med flytendegjøreren Instead of the device shown with the liquefier

2 og underkjølingssonen 6 er det også mulig å anordne disse med to deler etter hverandre i kjøleluf tstrømmen, idet under-kjølingssonen 6 ligger foran flytendeg jøreren i luft-strømmen. 2 and the sub-cooling zone 6, it is also possible to arrange these with two parts one after the other in the cooling air stream, the sub-cooling zone 6 being located in front of the fluidizer in the air stream.

Fig. 2 viser et entalpi (H) trykk (p)-diagram for Fig. 2 shows an enthalpy (H) pressure (p) diagram for

en kjent fremgangsmåte og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Metningslinjen 10 og kjølemiddelets kritiske punkt 11 er a known method and the method according to the invention. The saturation line 10 and the refrigerant's critical point 11 are

vist. Fra punkt a komprimeres kjølemiddelet til punkt b. shown. From point a, the refrigerant is compressed to point b.

Dets entalpi økes derved fra h a til h, . Its enthalpy is thereby increased from h a to h, .

a d ■ a d ■

Det komprimerte kjølemiddel flytendegjøres deretter, noe som tilsvarer isobaren b-c i diagrammet. Punktet c ligger på metningslinjen 10. The compressed refrigerant is then liquefied, which corresponds to isobar b-c in the diagram. Point c is on the saturation line 10.

Temperaturen i punktet c er eksempelvis 39°C og entalpien har verdien hc. The temperature at point c is, for example, 39°C and the enthalpy has the value hc.

Ifølge oppfinnelsen underkjøles kjølemiddelet langs linjen c-c', eksempelvis til 30°C. Entalpien i dette punkt According to the invention, the coolant is subcooled along the line c-c', for example to 30°C. The enthalpy at this point

har verdien h has the value h

c c

Deretter avspennes kjølemiddelet isentalpt til tilstanden d1, hvor dets temperatur eksempelvis er -10°C. Kretsløpet lukkes ved fordampning av kjølemiddelet langs isobaren tilbake til punkt a. Then, the coolant is enthalpically relaxed to state d1, where its temperature is, for example, -10°C. The circuit is closed by evaporation of the refrigerant along the isobar back to point a.

Dersom kjølemiddelet hadde vært avspent isentalp uten foregående underkjøling> ville tilstanden d oppnås fra tilstanden c. i det følgende vises energiinnsparingen med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i forhold til kjent teknikk. I denne forbindelse ble følgende tallverdier benyttet som eksempel: If the refrigerant had been relaxed ice enthalpy without preceding subcooling, state d would be obtained from state c. In the following, the energy saving with the method according to the invention is shown in relation to known technology. In this connection, the following numerical values were used as an example:

h = 407,5 kJ/kg h = 407.5 kJ/kg

cl cl

hc = 249,2 kJ/kg hc = 249.2 kJ/kg

<h>'c= 236,7 kJ/kg <h>'c= 236.7 kJ/kg

Kompresjonsarbeidet W fremkommer av differansen h, JD - h cl. The compression work W results from the difference h, JD - h cl.

Således gjelder for kjøleeffekten Q uten underkjøling Thus applies to the cooling effect Q without subcooling

og for kjøleeffekten Q<1> med underkjøling and for the cooling effect Q<1> with subcooling

Kjølemiddelkretsløpets effekttall £ og £, uten, hhv. med underkjøling, er definert som £ = Q /W og£sQ'/W. The coolant circuit's power figures £ and £, without, respectively with subcooling, is defined as £ = Q /W and £sQ'/W.

Den relative effektforbedring ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er således The relative effect improvement by the method according to the invention is thus

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen øker dermed effekten med ca. 8%. With the method according to the invention, the effect thus increases by approx. 8%.

Claims

1. Procedure for operating a refrigerant circuit with phase separation where a refrigerant in a gaseous state is compressed, then liquefied, subcooled, de-stressed, vaporized and then compressed again, CHARACTERIZED BY the fact that the phase separation of vaporized portions from the liquefied refrigerant is carried out between the liquefaction and subcooling.

2. Refrigerant circuit for carrying out the method according to claim 1, with a compressor, a liquefier, a sub-cooling zone, a relaxation device and a phase separation device (4), CHARACTERIZED IN THAT the phase separation device (4) is arranged between the liquefier (2) and the sub- the cooling zone (5), and that the subcooling zone (5) is connected to the liquid collection space of the phase separation device (4).