NO335736B1

NO335736B1 - Fremgangsmåte for å drive et transkritisk fryse- og kjølesystem

Info

Publication number: NO335736B1
Application number: NO20032433A
Authority: NO
Inventors: Henry Edward Howard
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2015-02-02
Also published as: EP1367344A3; DK1367344T3; NO20032433D0; EP1367344B1; US6694763B2; EP1367344A2; DE60320060T2; NO20032433L; DE60320060D1; US20030221435A1

Abstract

Det er beskrevet en fremgangsmåte for å drive et transkritisk kjøle/frysesystem hvor en mer optimal kompressorparameter slik som utgangstrykk, trykkforhold eller effektforbruk blir bestemt ved bruk av varmevekslerkjølemiddelinnstrømningstemperatur og/eller utstrømningstemperatur og også entalpiendringen over fordamperen og justere kompressordriften eller kjølemiddelfluidarbeidsmasse i samsvar med dette.

Description

Denne oppfinnelsen relaterer seg generelt til transkritiske kjøle-/frysesystemer og mer spesielt til styresystemer for transkritiske kjøle-/frysesystemer.

Et transkritisk kjølesystem eller syklus er ett hvor høysidetrykket til kjølefluidet overskrider det kritiske trykket til kjølefluidet og lavtrykkssiden til kjølefluidet er mindre enn det kritiske trykket til kjølevæsken. Transkritiske kjøle-/frysesystemer øker i viktighet. For eksempel har karbondioksid mottatt økende interesse for bruk som kjølemiddel. Noen av fordelene som tilveiebringes av karbondioksid innbefatter lavere giftighet, null osonutarmingspotensial og neglisjerbar direkte global oppvarming. Applikasjon av karbondioksid som et arbeidsfluid for automobilluftkondisjoneringssystemer har mottatt vesentlig kommersiell interesse. Spesielt forutsettes det at karbondioksid i det alt vesentlige vil fortrenge bruken av R 134a i nye biler over de neste 5 til 10 årene. Typiske varmeavvisningstemperaturer for luftkondisjoneringssystemer designet for komfortavkjøling vil overskride den kritiske temperaturen til karbondioksid (87,8°F, 1066.3 psia). Avvisningen av prosessvarme til omgivelsene krever at kondensatoren (eller mer passende gasskjøleren) trykk som overskrider det kritiske trykket. Siden typiske fordampningstemperaturer (40°F) ligger under den kritiske temperaturen til karbondioksid, er den totale syklusen transkritisk.

Designen og driften av transkritiske kjøle- eller varmepumpesykluser frembringer et unikt optimaliserings- og kontroll eller styreproblem. Generelt er den ønskede fordampningstemperaturen og/eller varmebelastningen kjent. Typisk er også omgivelsenes bruks/vann/luft forholdene som brukes for varmeawisning også kjent. I en standard dampkompresjonssyklus blir høytrykkssiden innstilt av forholdet å frembringe mettet eller subkjølet væske ved utkløpet av kondensatoren. I en transkritisk syklus kan høytrykksidetrykket være valgt fra et bredt område. Uheldigvis vil bare et driftspunkt resultere i minimalt effektforbruk. Gitt de nevnte parametrene, må formålet til enhver transkritisk prosesstyrestrategi være å identifisere det optimale trykket og drive prosessen mot dette. Under virkelig prosessdrift kan de fleste systemene avvike vesentlig fra designbelastningen og bruksforholdene (luft/vanntemperatur). I slike situasjoner kan effektforbruket være 5-10 % høyere enn nødvendig dersom trykket på høytrykkssiden ikke blir passende justert. De fleste kontroll- eller styresystemer kan ikke på enkel måte trekke ut denne tilleggsprosessen på effektiv måte siden de ikke er i stand til på adekvat måte å bestemme det optimale trykket på høytrykksiden. Dagens fremgangsmåte med tanke på dette problemet beror på rudimentære teknikker slik som manuell prøve og feile eller kompliserte heuristiske eller eksperimentelle fremgangsmåter.

US 6505476 beskriver et transkritisk kjølesystem hvor en kontroller kontrollerer både en kjølefluid mengde avgitt fra en kompressor og en åpningsgrad til en trykkontrollventil. På ett punkt i syklusen blir temperaturen på kjølefluidet målt og kontrollen baseres på denne målingen.

Følgelig er det et formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte for å drive et transkritisk kjøle/frysesystem.

Det ovenfor angitte og andre formål, som vil bli tydeliggjort for fagkyndige på området ved gjennomgang av denne beskrivelsen, oppnås med den foreliggende oppfinnelsen hvorav ett aspekt er:

En fremgangsmåte for å drive et transkritisk kjøle/frysesystem som omfatter:

(A) å komprimere et kjølefluid i en kompressor slik at det er ved et superkritisk trykk, sende det komprimerte kjølefluidet til en varmeveksler, avkjøle det komprimerte kjølefluidet i varmeveksleren, trekke det avkjølte komprimerte kjølefluidet fra varmeveksleren, og utvide det resulterende kjølefluidet til et subkritisk trykk, hvilket subkritiske trykkjølemiddelfluid i det minste delvis er i en væsketilstand; (B) å fordampe kjølefluid ved subkritisk trykk for å tilveiebringe avkjøling på en varmebelastning, sende fordampet kjølefluid til varmeveksleren, oppvarme det fordampede kjølefluidet ved indirekte varmeveksling med det komprimerte kjølefluidet, trekke tilbake det resulterende oppvarmede kjølefluidet fra varmeveksleren, og sende det tilbaketrukne kjølemiddelfluidet til kompressoren; (C) fastslå at minst to av innløpstemperaturene til kjølemiddelfluidet sendt inn i varmeveksleren og de to utløpstemperaturene til kjølemiddelfluidet trukket

tilbake fra varmeveksleren, og fastslå entalpiendringen til det fordampede subkritiske trykkjølemiddelet;

(D) overvåke en driftsparameter til kompressoren og bruke de fastslåtte temperaturene og den fastslåtte entalpiendringen for å bestemme en mer

effektiv verdi for den nevnte driftsparameteren; og

(E) justere driften til kompressoren slik at verdien til den nevnte driftsparameteren er nærmere den nevnte mer effektive verdien.

Et annet aspekt ved oppfinnelsen er:

En fremgangsmåte for å drive et transkritisk kjøle/frysesystem som omfatter:

(A) å komprimere et kjølemiddelfluid i en kompressor slik at det er ved et superkritisk trykk, sende det komprimerte kjølemiddelfluidet til en varmeveksler, kjøle det komprimerte kjølefluid i varmeveksleren, og ekspandere det resulterende kjølemiddelfluidet til et subkritisk trykk, hvilket subkritiske trykkjølemiddelfluid er minst delvis i en flytende tilstand; (B) fordampe subkritiske trykkjølemiddelfluid for å tilveiebringe avkjøling av en varmebelastning, sende fordampet kjølefluid til varmeveksleren, oppvarme det fordampede kjølefluidet ved indirekte varmeveksling med avkjølingskomprimert kjølemiddelfluidet, trekke tilbake det resulterende oppvarmede kjølemiddelfluidet fra varmeveksleren, og sende det tilbaketrukne kjølemiddelfluidet til kompressoren; (C) fastslå minst to av innløpstemperaturene til kjølemiddelfluidet sendt inn i varmeveksleren og de to utløpstemperaturene til kjølemiddelfluidet trukket

tilbake fra varmeveksleren, og fastslå entalpiendringen til det fordampende subkritiske trykkjølemiddelet;

(D) overvåke en driftsparameter til kompressoren, og bruke de nevnte fastslåtte temperaturer og den nevnte fastslåtte entalpiendringen for å bestemme en mer

effektiv verdi av den nevnte driftsparameteren; og

(E) justere arbeidsmassen til kjølemiddelfluidet slik at verdien til den nevnte driftsparameteren er nærmere den nevnte mer effektive verdien.

Slik det benyttes her, betyr uttrykket "arbeidsmasse" delen av kjølemiddelfluidet inne i kompressoren, ekspansjonsanordning, prosessvarmeveksler, og tilordnede sammenkoblede rør til kjølesystemet. En annen måte å definere arbeidsmassen til kjølemiddelet på, er som det integrerte volumet av kjølemiddelfluid som blir aktivt sendt gjennom kompressoren, dvs. volumet av kjølemiddelfluid som blir sendt gjennom kompressoren i den tiden det tar for et kjølemiddelfluidmolekyl å utføre en fullstendig passasje gjennom kjølesystemet eller kjølekretsen.

Slik det benyttes her, betyr uttrykket "kritisk trykk" trykket til et fluid hvorved væske og dampfasen ikke lenger kan differensieres.

Slik det benyttes her, betyr uttrykket "kritisk temperatur" temperaturen til et fluid over hvilken en lydelig væskefase ikke lenger kan dannes uten hensyn til trykk.

Slik det benyttes her, betyr uttrykket "entalpin" et termodynamisk mål på varmeinnholdet per masseenhet.

Kort beskrivelse av tegningene.

Fig. 1 er en skjematisk representasjon av en utførelse av et arrangement som kan benyttes i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen hvor temperaturene til kjølemiddelfluidene trukket tilbake fra varmeveksleren blir fastslått. Fig. 2 er en skjematisk representasjon av en annen utførelse av et arrangement som kan benyttes i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen hvor arbeidsmassen til kjølemiddelet som blir sendt til kompressoren blir justert for å forbedre driften til kompressoren ved å endre mengden kjølemiddel som sekvesteres innenfor avkjølingssyklusen.

Generelt involverer oppfinnelsen å overvåke verdien til en driftsparameter til kompressoren i en avkjølingssyklus, slik som for eksempel utgangstrykket, trykkforholdet eller effektforbruket til kompressoren, og justere enten driften til kompressoren eller arbeidsmassen til kjølemiddelfluidet i avkjølingssyklusen for å forbedre verdien til denne driftsparameteren slik at den er nærmere en bestemt mer effektiv verdi.

Oppfinnelsen skal bli beskrevet detaljert med henvisning til tegningene. Det refereres nå til fig. 1 hvor den viste prosessen er en transkritisk avkjølingssyklus som anvender både en sugeledningsvarmeveksler 30 og en lavsidemottager 60. Kontroll- eller styreteknikken som benyttes for å illustrere oppfinnelsen er basert på et kaskadestyresystem. Adskillige variasjoner av det grunnleggende flytdiagrammet kan være mulig uten at dette innvirker på effektiviteten til oppfinnelsen.

En kompressor 10 tjener til å trykksette en kjølemiddelfluidstrøm 1 til et trykk som overskrider det kritiske trykket til fluidet. Kompressoren 10 kan bli drevet av eksterne innretninger 15 som kan være en elektrisk motor eller en beltedrevet aksel med effekt fra en intern forbrenningsmotor eller av akselarbeidet generert ved ekspansjon av et annet fluid. Kompressoren 10 kan være valgt fra en rekke forskjellige maskiner innbefattende resiproserende, sentrifugal, skrolle- eller rullestempelmaskiner. Etter kompresjon blir kjølemiddelstrøm 1 avkjølt i en varmeveksler 20 av et egnet omgivende medium (luft/vann). Den avkjølte superkritiske kjølemiddelstrømmen 2 blir ytterligere avkjølt i en varmeveksler 30 (intern eller sugeledningsvarmeveksler). Dersom det er ønskelig kan varmevekslerne 20 og 30 være kombinert i en enkelt enhet. En strøm 3 blir så ekspandert til et trykk under det kritiske trykket til fluidet gjennom en ventil 40. Ventilen 40 kan være av flere typer innbefattende, men ikke begrenset til, termostatiske og elektrisk drevne styreventiler. Slike ventiler kan være utstyrt med lokal styrelogikk (ikke vist) som styrer ventilåpningen, for å etablere et gitt nivå av supervarme ved strøm 5. Ettersom strøm 3 ekspanderes avkjøles den og danner en tofaseblanding 4. Kjølemiddelstrømmen 4 blir så fordampet i en varmeveksler 50. Varmen fra fordampningen tjener til å absorbere den eksterne varmebelastningen. En ekstern prosesstrøm 7 blir avkjølt i varmeveksleren 50. Strømmen 7 kan være et hvilket som helst av antall fluider innbefattende luft, vann eller annet prosessfluid. Strømmens 5 eksitasjonsfordamper 50 er hovedsakelig gass. En mottager 60 tjener til å separere eventuell overskuddsvæske eller smøremiddelolje som kan passere gjennom fordamperen 50. Disse væskene kan blir returnert til prosessen ved hjelp av en ventil 62 gjennom en ledning 61 og en av ledningene 63 eller 64. Dampen fra mottageren 60 blir ytterligere oppvarmet i varmeveksleren 30 til en temperatur som ligger vesentlig over metning. Den superoppvarmede kjølemiddelstrømmen 6 blir så rettet tilbake til kompressoren 10 og avkjølingssyklusen starter på nytt.

Med henvisning til syklusen vist på fig. 1 med karbondioksid som kjølemiddelfluidet, vil tømmingen av kompressoren 10 generelt ligge mellom 1100 til 2000 pund per kvadrattomme absolutt (psia). Trykket på utløpet av ekspansjons ventilen 40 vil generelt ligge mellom 200 og 700 psia. Temperaturen på utløpet til ekspansjonsventilen 40 vil generelt ligge mellom -25 til 55 °F.

Oppfinnelsen kan værekarakterisert vedbruken av utvalgte prosessparametere som har blitt bestemt til å være spesielt effektive for å fastslå det optimale kompresjonsforholdet. Spesielt krever bestemmelsen av det optimale høytrykkssidestyrepunktet minst to temperaturer som er bekreftet ved enten innløpet eller utløpet til den interne varmeveksleren 30 så vel som et mål på den observerte eller ønskede entalpiendringen over fordamperen 50.

Strømningselement 203 tilveiebringer en måling av kjølemiddelstrøm ved høytrykkstømmingen av indre varmeveksler 30, strøm 3. Denne strømmålingen blir rettet av et elektronisk signal 204 til en styreinnretning 200. Tilsvarende tilveiebringer et temperaturelement 201 en temperaturmåling fra strøm 3 ved en nærliggende lokalisering og retter et signal 202 til prosesstyreinnretningen 200. Et temperaturelement 206 tilveiebringer en temperaturmåling fra strøm 6 og retter et proporsjonalt signal til styreinnretningen 200. Den ønskede kapasiteten eller kjent varmebelastning representert av Qsp blir også rettet som input av signal 205 til styreinnretningen 200. Den ønskede avkjølingskapasiteten Qsp kan spesifiseres direkte eller indirekte. Styreinputer 205,202,204 og 207 blir brukt for å beregne enten kompresjonsforholdet eller høytrykkssidetrykket som er nødvendig for å minimalisere effektforbruket til kompressoren 10. Selv om det ikke er vist, kan styreinnretningen 200 anvende kjente termodynamiske konstanter som er spesifikt for kjølemiddelfluidet, som kan hjelpe til ved beregningen av det optimale høysidetrykket. En driftsparameter, slik som trykk, trykkforhold eller effektforbruk, innstillingspunktsignal 212, blir generert fra styreinnretningen 200 og rettet til en lokal styreinnretning 213. Styreinnretningen 213 kan være lokal for kompressoren og tjener til å styre driften av kompressoren 10. Alternativt kan styreinnretningen 213 bli brukt til å justere kjølemiddelet innholdt-sekvestert i en trykkbeholder 60. Trykkelementer 208 og 210 måler trykket fra de respektive strømmene 6 og 1. Alternativt kunne trykkene fra punktene 5 og 3 også bli brukt. Signaler 209 og 211 blir generert som respons på disse målingene og blir rettet til styreinnretningen 213. Styreinnretningen 213 genererer et signal 214 som styrer driften til kompressoren 10 slik at verdien til driftsparameteren til kompressoren nærmer seg det ønskede optimale innstillingspunktet tilveiebragt av signalet 212 fra styreinnretningen 200. den lokale styreinnretningen 213 kan være integrert med innstillingsmålestyreinnretningen 200.

Det følgende eksempelet er basert på den transkritiske syklusen som er vist på fig. 1. Det følgende eksempelet illustrerer en mulig beregning som prosesstyreinnretningen 200 kan anvende med de nevnte prosessignalene/inputene. Det følgende eksempelet er bare representativt på den aktuelle beregningen. Det er ikke den eneste teknikken som de angitte observerbare dataene kan benyttes på for å styre prosessen. For illustrasjonsformål har kompressoreffektiviteten blitt antatt konstant. Anta at ikke-konstant kompressoreffektivitet ikke endrer de ikke-dimensjonsmessige parametrene.

Flere fysiske parametere har vist seg nyttige ved driften av styreinnretningen 200. Beregning av den adiabatiske kompresjonseffekten krever forholdet mellom varmekapasiteten (k=Cp/Cv). For mange kjølemidler kan k antas å være konstant over et bredt område av forhold. En spesiell nyttig form er vist nedenfor.

Ved å ta ligningen for adiabatisk kompresjonseffekt og differensiere denne, kan forholdet for optimal styring bli tilveiebragt. Kombinasjonen av dette forholdet med de differensierte formene av sann gassentalpi og komprimerbarhet resulterer i to ikke-dimensjonsparametere (<1> og VP) som på effektiv måte karakteriserer driften av den transkritiske syklusen.

Hvor <1> og VP er definert av de følgende forholdene:

Suffiksene referer seg til strømmerkene vist på figuren. R er den ideelle gasskonstanten. T, Pr og h representerer henholdsvis temperatur, trykkforhold og entalpi. Z representerer sann gasskomprimerbarhet. CPhog Cpirepresenterer den midlere varmekapasiteten til henholdsvis høy og lavtrykkssiden ved den indre varmeveksleren 30. Både forholdet mellom Cp og y er relativt ufølsomt for driften til syklusen vist på figuren og kan behandles som konstanter. Ved erfaring har det også blitt vist at detaljert kunnskap om komprimerbarhetsderivativer ikke er nødvendig. I de fleste tilfellene kan disse størrelsene tas som konstanter eller benyttes som avstemningsparametere.

I ligning 3 er entalpiforskj ellen over kjølemiddelfordamperen vist. Belastningsinnstillingspunktet Qsp kan benyttes til å beregne den ønskede kjøleeffekten til systemet. Entalpiforskj ellen kan beregnes ved å dividere Qsp (signal 205) med den momentane massestrømningsmengden til kjølemiddelet (signal 203). Temperaturer T3og Téer vist på figuren som de respektive signalene 202 og 207. De uthevede oppserverbare størrelsene muliggjør beregningen av ikke-dimensjonale parametere. Påfølgende løsning av ligning 2 tilveiebringer det optimale kompresjonsforholdet. Det optimale kompresjonsforholdet kan bli brukt som innstillingspunktet for styreinnretningen 213 eller kan bli omformet direkte til et høysidetrykk ved å multiplisere trykket funnet i strøm 6 eller signal 209.

Oppfinnelsen er ikke spesifikk for naturen til kjølemiddelet eller arbeidsfluid. Eksempler på potensielle transkritiske kjølemiddelfluider innbefatter CO2, C2H6, N2O, B2H6, og C2H4. Videre kan prosessen anvendes på sykluser hvori den superkritiske gassavkjølingen opptrer ved subomgivelsestemperaturer. Gasskjølevarmebelastningen kan bli avgitt til et annet prosessfluid eller kjølemiddel. Alternativt kan den transkritiske syklusen bli drevet i en varmepumpemodus hvor for eksempel vann blir oppvarmet i gasskjøler 20 og driftstemperaturen til fordamperen 50 blir styrt som respons på omgivende forhold.

Ved å fastslå, menes her en hvilke som helst fremgangsmåte for å tilveiebringe, beregne eller frembringe de foreliggende størrelsene. Som et eksempel, kan prosesstrykk 208 bli avledet fra kunnskap om metningstemperaturen ved strømmer 4 og 5 via den integrerte formen av Clapeyron ligningen. Likeledes kan kompressoreffektforbruk bli beregnet direkte fra spenningen og strømmen som absorberes av den korresponderende motoren eller den kan beregnes dersom trykkene (og andre fysiske parametere, strømning, varmekapasitet, etc.) er gitt. I tillegg kan fastslå bety en verdi tilveiebragt eller spesifisert av en ekstern kilde eller bruker. For eksempel kan en spesifisere at temperaturen ved 4/5 (fordamper) er opprettholdt på et bestemt nivå.

Dersom systemet er spesifisert til å drive ved en gitt fordampningstemperatur, kan brukerinnmatningen Qsp (ønsket kapasitet) bli erstattet av den løpende varmebelastningen. Dersom for eksempel luft er den avkjølte strømmen i veksleren 50, kan lasten bli beregnet ved bruk av den kjente strømning og temperaturendringen. Entalpiendringsuttrykket vist i ligning 3, kan bli beregnet ved å dividere den beregnede varmebelastningen ved massestrømmen til kjølemiddelet (måling 203,204). I den foretrukne utførelsen spesifiserer brukeren belastningen (kapasitetsinnstillingspunkt) for kjølesystemet Qsp og entalpiuttrykket fra ligning 3 blir beregnet direkte ved å dividere belastningsinnstillingspunktet med massestrømmen av kjølemiddel.

Prosesstyreinnretningen 200 kan omfatte en forhåndsprogrammert logisk styreinnretning eller en frittstående datamaskin med passende algoritmer for kontinuerlig prosesstyring. Enhetsdriftsstyring kan utføres ved bruk av konvensjonell idestyring og ved bruken av modellprediktiv styring. Signaler til og fra styreinnretningen er fortrinnsvis elektriske signaler, men det er imidlertid kjent at slike signaler kan fremføres pneumatisk, mekanisk eller på annen måte. Selv om styreinnretningene 200 og 213 er vist som separate enheter, kan beregningene være integrert sammen.

Inspeksjon av de ikke-dimensjonale nøkkelparametrene indikerer at flere termodynamiske størrelser kan være innkorporert i styrestrategien. Slik informasjon kan omfatte komprimerbarhetsdata eller tilsvarende informasjon tilveiebragt fra en ligning av av tilstand. Slike tabeller eller ligninger kan være innkorporert i beregningen. Inspeksjon av ligning 4 indikerer at forholdet mellom tidligere varmekapasitet for hver side av indre varmeveksler 30 blir brukt til å beregne ikke-dimensjonal parameter VP. Det er kjent fra en varmebalanse rundt den indre varmeveksleren 30 at Cp kan erstattes med en funksjon basert på veksleren UA. Alternativt kan forholdet mellom varmekapasitetene bli erstattet ved bruk av alle innløps- og utløpstemperaturer som omgir varmeveksleren 30. Ligning 2 er kjent uttrykt ved trykkforhold på grunn av det faktum at en fullstendig ikke-dimensjonal ligningsform foretrekkes. Ligningen kan gjenbearbeides uttrykt ved høysidetrykk. Lavsidetrykk kan være tilveiebragt direkte fra en trykkmåling eller interfererende ved metningstemperatur som tidligere beskrevet.

Et viktig alternativ til den foretrukne implementeringen stammer fra alternative bruk av de samme foretrukne observerbare størrelsene. Ligning 2 kan være anordnet i en formåls funksjon for en online optimalisering/styrestrategi. Et ytterligere prosessignal fra motor 15 (ikke vist) som er indikerende for effektforbruket kan være rettet til styreinnretningen 200 for å kunne tilveiebringe ytterligere tilbakekopling til beregningen.

Den foreliggende styrestrategien behøver ikke å justere kompressoren direkte. Alternativt kan styreinnretningen 200 og utgangssignal/inn stillingspunkt 212 styre nivåinnstillingspunktet for mottageren 60 på separat kjølemiddelstyrevolum. Selv om de ikke-dimensjonale parameterne vist i ligning 3 og 4 representerer en foretrukket rute til implementering, kan de benyttes i en formålsfunksjon som justerer flere enhetsoperasjoner samtidig.

Fig. 2 illustrerer en annen utførelse av oppfinnelsen hvor den overvåkede driftsparameteren til kompressoren er effektforbruket. I denne utførelsen illustrert på fig. 2, overvåkes effektforbruket til kompressoren og blir endret ved å justere arbeidsmassen til kjølemiddelfluidet i kjølesystemet. Henvisningstallene på fig. 2 er de samme som på fig. 1 for de felles elementene og disse felles elementene vil ikke bli detaljert beskrevet om igjen.

Det refereres nå til fig. 2 hvor et mål på energien forbrukt av kompressoren 10 blir rettet av elektronisk signal 217 til styreinnretningen 200. styreinnretningen 200 tjener til å generere et innstillingspunkt for væskenivået i beholderen 60 som blir sendt til styreinnretningen 218 av elektrisk signal 219. Et mål på volumet til kjølemiddelfluid sekvestert i beholderen 60 blir tilveiebragt fra nivåsensoren 63 som derpå blir rettet av elektronisk signal 215 til lokalt styreelement 218. Styreinnretningen 218 genererer et styresignal 216 som justerer strømmen av flytende kjølemiddelfluid fra beholderen 60 ved å justere styreventilen 62, og derved endre effektforbruket til kompressoren 10 mot en mer effektiv eller optimal verdi.

Det er et antall viktige alternativer i forhold til trinnene ovenfor. Først og fremst blant disse alternativene er den potensielle integrasjonen av den indre varmeveksleren og belastningsveksleren i en enkel veksler. Vekslere som kan være tilpasset til slikt bruk innbefatter plate og ramme, platefinne og skall og rørvekslere. Ekspansjons ventil 40 kan være erstattet av en turboekspansjonsinnretning med produksjonen av nyttbart arbeide. Kjølemiddelet som strømmer gjennom gasskjøleren kan avlaste dens varme til et antall eksterne strømmer innbefattende, men ikke begrenset til, luft, vann eller andre kjølemidler.

Claims

1. Fremgangsmåte for å drive et transkritisk kj øler/frys esy stem,karakterisert vedat den omfatter: (A) å komprimere et kjølemiddelfluid i en kompressor (10) til å være ved et subkritisk trykk, sende det komprimerte kjølemiddelfluidet (1) til en varmeveksler (20, 30), avkjøle det komprimerte kjølemiddelfluidet i varmeveksleren, trekke ut det avkjølte komprimerte kjølemiddelfluidet (2, 3) fra varmeveksleren, og ekspandere det resulterende kjølemiddelfluidet til et subkritisk trykk, hvilket subkritiske trykkjølemiddelfluid (4) i det minste delvis er i flytende form; (B) å fordampe subkritisk trykkjølemiddelfluid (4) for å tilveiebringe avkjøling til en varmebelastning, sende fordampet kjølemiddelfluid (5) til varmeveksleren (30), oppvarme det fordampede kjølemiddelfluidet ved indirekte varmeveksling med det komprimerte avkjølingskjølemiddelfluidet, uttrekking av det resulterende oppvarmede kjølemiddelfluidet (6) fra varmeveksleren, og sende det uttrukne kjølemiddelfluidet (1) til kompressoren (10); (C) å fastslå minst to av de to innløpstemperaturene til kjølemiddelfluidet (2, 5) sendt inn i varmeveksleren (30) og de to utløpstemperaturene til kjølemiddelfluidet (3, 6) trukket tilbake fra varmeveksleren, og fastslå entalpiendringen til det fordampende subkritiske trykkjølemiddelet; (D) å overvåke en driftsparameter til kompressoren (10), og bruke de nevnte fastslåtte temperaturene og den nevnte fastslåtte entalpiendringen til å bestemme en verdi for den nevnte driftsparameteren som fører til en mer effektiv prosess; og (E) å justere driften til kompressoren (10) slik at verdien til den nevnte driftsparameteren er nærmere den nevnte verdien.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat driftstemperaturen er utgangstrykket til kjølemiddelfluidet (1) fra kompressoren (10).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat driftstemperaturen er trykkforholdet til trykket til kjølemiddelfluidet (1) sendt ut fra kompressoren (10) og trykket til kjølemiddelfluidet (6) sendt inn i kompressoren.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat driftsparameteren er effektforbruket til kompressoren (10).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat kjølemiddelet omfatter karbondioksid.

6. Fremgangsmåte for å drive et transkritisk kjøle/frysesystem,karakterisert vedat den omfatter: (A) komprimere et kjølemiddelfluid i en kompressor (10) til å være ved et superkritisk trykk, sende det komprimerte kjølemiddelfluidet (1) til en varmeveksler (20, 30), avkjøle det komprimerte kjølemiddelfluidet i varmeveksleren, trekke tilbake det avkjølte komprimerte kjølemiddelfluidet (2, 3) fra varmeveksleren, og ekspandere det resulterende kjølemiddelfluidet til et subkritisk trykk, hvilket subkritiske trykkjølemiddelfluid (4) er minst delvis i flytende form; (B) fordampe subkritisk trykkjølemiddelfluid (4) for å tilveiebringe avkjøling på en varmebelastning, sende fordampet kjølemiddelfluid (5) til varmeveksleren (30), oppvarme det fordampede kjølemiddelfluidet ved indirekte varmeveksling med det komprimerte avkjølingsmiddelet, trekke tilbake det resulterende oppvarmede kjølemiddelfluidet (6) fra varmeveksleren, og sende det tilbaketrukne kjølemiddelfluidet (1) til kompressoren (10); (C) fastslå minst to av de to innløpstemperaturene til kjølemiddelfluidet (2, 5) sendt inn i varmeveksleren (30) og de to utløpstemperaturene til kjølemiddelfluidet (3, 6) uttrukket fra varmeveksleren, og bekrefte entalpiendringen til det fordampende subkritiske trykkjølemiddelet; (D) å overvåke en driftsparameter til kompressoren (10), og benytte de nevnte fastslåtte temperaturene og den nevnte fastslåtte entalpiendringen for å bestemme en verdi for den nevnte driftsparameteren som fører til en mer effektiv prosess; og (E) justere arbeidsmassen til kjølemiddelfluidet slik at verdien til den nevnte driftsparameteren er nærmere den nevnte verdien.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert vedat driftsparameteren er utgangstrykket til kjølemiddelfluidet (1) fra kompressoren (10).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert vedat driftsparameteren er trykkforholdet mellom trykket til kjølemiddelfluidet (1) sendt ut fra kompressoren (10) og trykket til kjølemiddelfluidet (6) sendt inn i kompressoren.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert vedat driftsparameteren er effektforbruket til kompressoren (10).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert vedat kjølemiddelfluidet omfatter karbondioksid.