NO343808B1

NO343808B1 - Kjølesystem og fremgangsmåte for kjøling

Info

Publication number: NO343808B1
Application number: NO20100838A
Authority: NO
Inventors: Bernd Heinbokel; Siegfried Haaf
Original assignee: Carrier Corp
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2019-06-11
Also published as: WO2009062526A1; ES2608404T3; EP2223021B1; EP2223021A1; US20100281882A1; RU2010123905A; NO20100838L; CN101939601A; RU2472078C2; CN101939601B; US8316654B2

Description

Oppfinnelsen angår et kjølesystem og en fremgangsmåte for kjøling. Kjølesystemer omfattende en kjølekrets er vel kjent i faget.

EP 1701112 A1 beskriver et kjøleskap inneholdende en kompressor for komprimering av kjølevæsken, en radiator for utstråling av varme fra kjølevæsken, et kjølevæskekjølemiddel for avkjøling av kjølevæsken, en strømningsreguleringsventil for regulering av strømningsvolumet av kjølevæsken, en fordamper for fordamping av kjølevæsken og en varmevekslingsmengdekontrollanordning for å styre mengden varme som utveksles i kjølevæskeavkjølingsanordningen, hvor kjølevæsken sirkuleres gjennom kompressoren, radiatoren, kjølevæskeavkjølingsanordningen, strømningsreguleringsventilen og fordamperen i nevnte sekvens.

JP 2006/017350 A beskriver en kjøleanordning omfattende en absorpsjonskjølingsyklus omfattende en regenerator, en kondensator, en fordamper og en absorber, samt en dampkompresjonskjølingsyklus som omfatter en kompressor, varmekilde-side varmevekslere, en dekomprimeringsanordning og en bruk-side varmeveksler. Kjølemidlet sirkulert i innretningene av absorpsjons-kjølesyklusen er laget for å gjenvinne eksosvarmen til varmevekslerne av dampkompresjonskjølingscyklusen, og et kjølemiddel på en utløpsside, av varmevekslersiden av varmeveksleren av dampkompresjons-kjølesyklusen avkjøles av fordamperen i absorpsjonskjølings-syklusen.

US 2007/0125106 A1 beskriver en overkritisk kjølesyklus som omfatter en radiator for avkjøling av kjølemidlet utladet fra kompressoren og en kjølevifte for å blåse atmosfærisk luft til radiatoren. En informasjonsverdi som representerer forskjellen mellom kjølens faktiske strålingstilstand ved utløpet av radiatoren og den ideelle strålingstilstanden bestemt av atmosfærisk temperatur beregnes, og på grunnlag av denne informasjonen er kjøleventilatorens luftkapasitet kontrollert for å redusere forskjellen.

Det er også kjent at driften av kompressoren i kjølekretsen foregår slik at kjølemediet, f.eks. CO2, er i en transkritisk tilstand på høytrykkssiden av kompressoren. I disse systemene, spesielt når driften foregår ved en vanlig anvendt trykkverdi på ca. 120 bar på høytrykkssiden av kompressoren, er det vanskelig å oppnå den ønskede kjøling av kjølemediet. Ved høye temperaturer, med start ved 30 °C, vil oppnåelse av ønsket kjøling innebære lav energieffektivitet.

Følgelig ville det være gunstig å tilveiebringe et mer effektivt kjølesystem som kan oppnå den ønskede virkning, selv når omgivende temperaturer er høye.

Eksempler på utførelsesformer av oppfinnelsen innbefatter et kjølesystem omfattende en kjølekrets som i strømningsretningen har en kompressor, en gasskjøler, en første ekspansjonsinnretning, en mellomliggende trykkbeholder, en andre ekspansjonsinnretning, en fordamper og kjølemediumledninger som kjølemediet sirkulerer gjennom, hvor den første ekspansjonsinnretningen ekspanderer kjølemediet til et mellomliggende trykknivå. En første kjølemediumledning av kjølemediumledningene forbinder kompressoren og gasskjøleren, og en andre kjølemediumledning av kjølemediumledningene forbinder gasskjøleren og den første ekspansjonsinnretningen, hvor den første og andre kjølemediumledning danner en transkritisk del av kjølekretsen. Driften av kompressoren kan skje slik at kjølemediet er i en transkritisk tilstand i den transkritiske delen. Mellomtrykksbeholderen i kjølekretsen ved drift skiller flytende kjølemedium fra gassformig kjølemedium og kjølekretsen også omfatter en ytterligere kjølemediumledning som forbinder gassfasedelen av mellomtrykksbeholderen med sugesiden av kompressoren.

Kjølesystemet omfatter også en overhetingshindrende enhet, hvor den overhetingshindrende enheten er i en varmevekslerrelasjon med minst en del av den andre kjølemediumledningen, derved blir det ved drift unngått overheting av kjølemediet sirkulert i kjølekretsen. Kjølesystemet er kjennetegnet ved at en tredje ekspansjonsinnretning er arrangert i den ytterligere kjølemediumledning og at et flertall av trinn av vifter er gjort tilgjengelige sammen med gasskjøleren. Ytelsen av kjølesystemet er delvis styrt ved å drive et hensiktsmessig antall viftetrinn og ved å drive den overhetingshindrende enhet, som selektivt kan slås på og av, idet et ønsket nivå av overhetingshindring av kjølemediet i kjølekretsen oppnås.

Eksempler på utførelsesformer av oppfinnelsen innbefatter videre en fremgangsmåte for kjøling, omfattende trinnene: et kjølemedium komprimeres til et transkritisk trykknivå i en kompressor; kjølemediet avkjøles i en gasskjøler som det sammen med er et flertall av tilgjengelige viftetrinn; kjølemediet hindres i overheting via varmeveksling med en overhetingshindrende enhet; kjølemediet ekspanderes til et mellomtrykksnivå via en første ekspansjonsinnretning ; kjølemediet ledes inn i en mellomtrykksbeholder; skille flytende kjølemedium fra gassformig kjølemedium i mellomtrykksbeholderen; en første del av kjølemediet ledes gjennom en ytterligere kjølemediumledning fra gassfasedelen av mellomtrykksbeholderen til sugesiden av kompressoren, med en tredje ekspansjonsinnretning arrangert i den ytterligere kjølemediumledning, en andre del av kjølemediet ekspanderes videre via en andre ekspansjonsinnretning; den andre delen av kjølemediet ledes gjennom en fordamper, slik at omgivelsene til fordamperen kjøles ned; og ytelsen av kjølesystemet styres delvis ved å drive et hensiktsmessig antall viftetrinn og ved å drive den overhetingshindrende enhet, som selektivt kan slås på og av, slik at et ønsket nivå av overhetingshindring av kjølemediet i kjølekretsen oppnås.

Utførelsesformer av oppfinnelsen er beskrevet mer detaljert nedenfor med henvisning til figurene, hvor:

Figur 1 viser skjematisk et eksempel på et kjølesystem i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvor den overhetingshindrende enhet omfatter en kjølekrets.

Figur 2 viser skjematisk et annet eksempel på kjølesystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvor en mellomliggende varmevekslerkrets er anbrakt mellom kjølekretsen og den overhetingshindrende enheten.

Figur 1 viser et kjølesystem 2 i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Kjølesystemet 2 omfatter en kjølekrets 4 og en overhetingshindrende enhet 6. Kjølekretsen 4 innbefatter seks komponenter, som er vanlig anvendt ved transkritisk drift av kjølekretser: en kompressor 8, en gasskjøler 10, en første ekspansjonsinnretning 12, en mellomtrykksbeholder 14, en andre ekspansjonsinnretning 16, og en fordamper 18. Disse elementene er forbundet med kjølemediumledninger hvorved et kjølemedium sirkulerer gjennom disse elementene. En første kjølemediumledning 22 forbinder kompressoren 8 med gasskjøleren 10, en andre kjølemediumledning 24 forbinder gasskjøleren 10 med den første ekspansjonsinnretning 12, en tredje kjølemediumledning 26 forbinder den første ekspansjonsinnretning 12 med mellomtrykksbeholderen 14, en fjerde kjølemediumledning 28 forbinder mellomtrykksbeholderen 14 med den andre ekspansjonsinnretning 16, en femte kjølemediumledning 30 forbinder den andre ekspansjonsinnretning 16 med fordamperen 18, og en sjette kjølemediumledning 32 forbinder fordamperen 18 med kompressoren 8.

Det er underforstått at den ovenfor beskrevne struktur er et eksempel, og at modifikasjoner på lik linje med denne er mulig. Særlig er det et alternativ å ha flere komponenter i stedet for én enkelt komponent. For eksempel kan en kompressor 8 erstattes med et sett med kompressorer, og det kan også være flere fordampere 18 som hver er forbundet med en respektiv andre ekspansjonsinnretning 16. Ved å plassere komponentene i direkte fluidforbindelse med hverandre, kan også individuelle ledninger utelates.

Kjølekretsen 4 på figur 1 omfatter videre en resirkulasjonspassasje fra mellomtrykksbeholderen 14, særlig fra gassrommet i denne, til sugesiden på kompressoren 8, hvilket er et alternativ for kjølesystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse. Resirkulasjonspassasjen omfatter en tredje ekspansjonsinnretning 20, en sjuende kjølemediumledning 34 som forbinder mellomtrykksbeholderen 14 med den tredje ekspansjonsinnretning 20, og en åttende kjølemediumledning 36 som forbinder den tredje ekspansjonsinnretning 20 med kompressoren 8.

I den eksemplifiserte utførelsesformen på figur 1 omfatter den overhetingshindrende enhet 6 en overhetingshindrende kjølekrets 40. Den overhetingshindrende kjølekrets 40 omfatter i strømningsretningen en kompressor 42, en kondensator 44 og en ekspansjonsinnretning 46. Kjølemediumledninger 48 binder sammen elementene i den overhetingshindrende kjølekretsen og sirkulerer et kjølemedium gjennom disse.

En del av den andre kjølemediumledning 24 i kjølekretsen 4 står via en varmeveksler i forbindelse med den overhetingshindrende enhet 6. Varmevekslingen utføres med en varmeveksler 38 som kobler en del av den andre kjølemediumledning 24 i kjølekretsen 4 til en del av kjølemediumledningen 48 i den overhetingshindrende kjølekrets 40, som er anbrakt mellom ekspansjonsinnretningen 46 og kompressoren 42 i den overhetingshindrende kjølekrets 40. Det er åpenbart for en fagmann på området at det er mange måter å utføre varmevekslingen mellom to elementer på. Uttrykket varmeveksler skal anvendes her til å innbefatte alle disse ekvivalente løsninger.

Det er også underforstått at den overhetingshindrende enhet 6 omfatter en kjølekrets 40 bare i den eksemplifiserte utførelsesformen vist på figur 1. Forskjellige implementeringer tilpasset for å hindre overheting av kjølemediet i kjølekretsen 4 via varmeveksling med minst en del av den andre kjølemediumledning 24, skal ligge innen rammen for oppfinnelsen.

Driften av kjølesystemet 2 i henhold til den eksemplifiserte utførelsesformen på figur 1 skal forklares som følger:

Driften av kompressoren 8 foregår slik at kjølemediet, f.eks. CO2, kommer inn i den første kjølemediumledning 22 i en transkritisk tilstand. Når CO2anvendes, er en typisk trykkverdi på høytrykkssiden av kompressoren opptil 120 bar. Kjølemediet avkjøles deretter i gasskjøleren 10. Den nedre grense for temperaturen på kjølemediet som forlater gasskjøleren er uavhengig av den omgivende temperatur. Følgelig vil kjølemediet komme inn i den andre kjølemediumledning 24 ved en temperatur som er høyere enn den omgivende temperatur for gasskjøleren 10.

Gasskjøleren 10 kan ha forskjellige utførelsesformer. I én utførelsesform kan luft blåses over strukturen hos gasskjøleren 10 med vifter som fører bort varmen fra kjølekretsen 4. Luft kan være anriket med vannpartikler for å øke varmekapasiteten hos fluidet som blåses over gasskjøleren 10. Systemer basert på vannkjøling, kan også tenkes. Ytterligere utførelsesformer vil være åpenbare for en fagmann på området.

I en del av den andre kjølemediumledning 24 blir kjølemediet hindret i overheting, dvs. temperaturen på kjølemediet som er i en transkritisk tilstand, blir senket via varmeveksling med den overhetingshindrende enhet 6. For dette formålet blir en del av den andre kjølemediumledning 24 anbrakt i varmeveksleren 38.

Kjølemediet strømmer fra den første ekspansjonsinnretning 12, hvor kjølemediet ekspanderes fra et transkritisk til et mellomliggende trykknivå.

Kjølemediet når mellomtrykksbeholderen 14 gjennom den tredje kjølemediumledning 26. I mellomtrykksbeholderen 14 blir kjølemediet samlet opp ved mellomtrykksnivået, og som et alternativt trekk implementert i den foreliggende utførelsesform, blir det flytende kjølemediet separert fra det gassformige kjølemediet. Kjølemediet i flytende fase strømmer gjennom den fjerde kjølemediumledning 28, den andre ekspansjonsinnretning 16 og den femte kjølemediumledning 30, for å nå fordamperen 18 - etter den andre ekspansjonen - ved en temperatur som er den laveste som kjølemediet vil nå i kjølekretsen 4. Dette tillater avkjøling av omgivelsene rundt fordamperen 18. Etter varmeveklingen strømmer kjølemediet tilbake til kompressoren 8 via den sjette kjølemediumledning 32. Kjølemedium i gassfase føres tilbake fra mellomtrykksbeholderen 14 til kompressoren 8 via den sjuende kjølemediumledning 34, den tredje ekspansjonsinnretning 20 og den åttende kjølemediumledning 36, siden det ikke kan anvendes like effektivt for kjøling som kjølemediet i væskefase.

I den eksemplifiserte utførelsesformen på figur 1 får et kjølemedium fra gruppen bestående av propan, propen, butan, R410A, R404a, R134a, NH3, DP1 og fluid H strømme gjennom den overhetingshindrende kjølekrets 40 i den overhetingshindrende enhet 6. Siden propan og propen er naturgasser, mens de andre alternativene er syntetiske gasser, er anvendelsen av dem foretrukket i mange utførelsesformer. Det er åpenbart for en fagmann på området at det er ytterligere alternativer med hensyn til anvendelse av kjølemedier i den overhetingshindrende kjølekrets 40.

Kjølemediet i den overhetingshindrende kjølekrets 40 komprimeres i kompressoren 42. I utførelsesformen vist på figur 1, vil kjølemediet ikke nå en transkritisk tilstand. Kjølemediet er i gassfase mellom varmeveksleren 38 og kompressoren 42, samt mellom kompressoren 42 og kondensatoren 44. Etter kondensatoren 44 og inntil varmeveksleren 38 er det i væskefase. Kjølemediet strømmer gjennom kondensatoren 44 og ekspansjonsinnretningen 46, slik at det forlater ekspansjonsinnretningen 46 i en avkjølt tilstand og er i stand til å ta opp varme.

Kjølemediet i den overhetingshindrende kjølekrets 40 strømmer deretter gjennom varmeveksleren 38 hvor varmeveksling mellom dette kjølemediet og kjølemediet som sirkulerer gjennom kjølekretsen 4, finner sted. Siden kjølemediet i kjølekretsen 4 har høyere temperatur i den andre kjølemediumledning 24 enn kjølemediet i den overhetingshindrende kjølekrets 40 når det strømmer gjennom varmeveksleren 38, blir varme overført fra kjølemediet i kjølekretsen 4 til kjølemediet i den overhetingshindrende kjølekrets 40. Det vil si at varmekapasiteten hos kjølemediet i den overhetingshindrende kjølekrets 40 anvendes i varmeveksleren 38 før det strømmer tilbake til kompressoren 42 i den overhetingshindrende kjølekrets 40.

På figur 1 er varmeveksleren 38 vist med medstrøm. Varmeveksleren kan også være koblet opp på en måte som har motstrøm eller annet. Motstrøm er normalt mer effektivt, og kan derfor være et foretrukket valg.

Figur 2 viser et kjølesystem 2 i henhold til en andre utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Kjølekretsen 4 og den overhetingshindrende enhet 6 har den samme struktur som de korresponderende komponenter på figur 1. Driften av dem er også hovedsakelig den samme. Derfor vil like henvisningstall angi like elementer.

Forskjellen, ved sammenligning med figur 1, ligger i måten varmevekslingen mellom kjølekretsen 4 og den overhetingshindrende enhet 6 utføres på. I utførelsesformen på figur 2 blir den utført via en mellomliggende varmevekslingskrets 50. Kjølekretsen 4 og den overhetingshindrende enhet 6 er i denne utførelsesformen ikke i en direkte forbindelse med hverandre via en varmeveksler.

Den mellomliggende varmevekslerkrets 50 omfatter en første varmeveksler 52 og en andre varmeveksler 54. Den første varmeveksler 52 etablerer en varmevekslende forbindelse mellom kjølekretsen 4 og den mellomliggende varmevekslerkrets 50. Den andre varmeveksler 52 etablerer en varmevekslende forbindelse mellom den mellomliggende varmevekslerkrets 50 og den overhetingshindrende enhet 6. Et kjølemedium strømmer gjennom den mellomliggende varmevekslerkrets 50, og passerer gjentatte ganger gjennom den første varmeveksler 52 og deretter gjennom den andre varmeveksler 54. Tiltak for å opprettholde strømmen med kjølemedium eller et sekundært kjølemedium, f.eks. pumpeinnretninger, er ikke vist på figur 2, men vil være åpenbare for en fagmann på området.

Kjølemediet eller det sekundære kjølemedium i den mellomliggende varmevekslerkrets 50, f.eks. vann eller saltlake, avkjøles i den andre varmeveksler 54 og overfører varme til kjølemediet i den overhetingshindrende enhet 6. I den første varmeveksler 52 blir på den annen side varme overført fra kjølemediet i kjølekretsen 4 når det strømmer gjennom den andre kjølemediumledning 24 til kjølemediet i den mellomliggende varmevekslerkrets 50. Varmevekslerne 52 og 54 kan være forbundet på en måte slik at de er i medstrøm, motstrøm eller annet. Motstrøm er normalt mer effektivt, og kan derfor være det foretrukne valg.

Denne strukturen tillater en mer fleksibel plassering av kjølekretsen 4 og den overhetingshindrende enhet 6, siden de kan være frikoblet i rommet. Allikevel blir kjølemediet i kjølekretsen 4 hindret i overheting i den overhetingshindrende enhet 6. Det er åpenbart for en fagmann på området at den mellomliggende varmevekslerkrets 50 kan erstattes med enhver innretning som er i stand til å overføre varme fra den første varmeveksler 52 til den andre varmeveksler 54. Den mellomliggende krets 50 og den overhetingshindrende enhet 6 kan også anvendes til å avkjøle andre kuldeforbrukende innretninger med behov for et passende temperaturnivå, f.eks. luftkondisjoneringsanvendelser.

Eksemplifiserte utførelsesformer av oppfinnelsen, som beskrevet ovenfor, tillater et mer effektivt kjølesystem, særlig for en mer effektiv drift av en kjølekrets. Den overhetingshindrende enheten tilveiebringer, foruten gasskjøleren, en andre kjøleinnretning for kjølemediet i den transkritiske delen av kjølekretsen. Dette tillater en mer effektiv kjøling av kjølemediet i kjølekretsen. Særlig vil denne strukturen innebære en kompensasjon av de energimessige ulempene som transkritisk drift av kjølekretsen har. Siden det ikke finner sted noen kondensasjon i en gasskjøler ved transkritisk drift, vil energioverføringen til miljøet ikke være omfattende. Denne iboende ulempen ved transkritisk drift av kjølekretser blir delvis kompensert med den overhetingshindrende enheten, som gjør det mulig med drift av kjølesystemet ved høye temperaturer uten for stor økning av trykk og temperatur i kjølemidlet på trykksiden av kompressoren. Ved å integrere den overhetingshindrende enheten i kjølekretsen, oppnås en rekke fordeler: den overhetingshindrende enheten kan bygges på en ekstremt kompakt måte, uansett kjølekretsens layout. Overhetingshindrende enheter med svært små eller ingen tilpasninger/variasjoner kan anvendes for en lang rekke kjølekretser, hvilket tillater produksjon på en svært kostnadsgunstig måte. I den overhetingshindrende enheten kan det videre anvendes kjøleteknikker som ikke lider av de samme ulemper ved høye omgivende temperaturer. Den kompakte utformingen medfører at det kan benyttes effektive og kostnadsgunstige strukturer, og i tilfelle det er overhetingshindrende kjølekrets, anvendelse av bare en minimal mengde kjølemedium. Ved å justere den overhetingshindrende enhets kjølekapasitet, innbefattende å slå den av, og derfor justere deoverhetingen av kjølemediet i kjølekretsen, oppnås en annen grad av frihet ved reguleringen av kjølesystemet.

Kjølemediet i kjølekretsen kan være CO2. Dette gjør det mulig å utnytte de gunstige egenskapene hos CO2som et kjølemedium.

I en utførelsesform av oppfinnelsen kan den overhetingshindrende enhet omfatte en overhetingshindrende kjølekrets. Dette tillater en høy grad av fleksibilitet i strukturen og layouten av den overhetingshindrende enheten. Den overhetingshindrende kjølekretsen kan omfatte en kompressor, en kondensator, en ekspansjonsinnretning og kjølemediumledninger som binder sammen elementene i den overhetingshindrende kjølekretsen og sirkulerer kjølemediet gjennom disse. Dette tillater en individuell utforming av den overhetingshindrende kjølekretsens parametere, f.eks. trykkverdiene i forskjellige deler av systemet for ønsket kjøling av kjølemediet i kondensatoren. Den overhetingshindrende enheten kan allikevel være formet på en svært kompakt måte og kan anvendes uansett dimensjonene på kjølekretsen.

Kjølemediet i den overhetingshindrende kjølekretsen kan være i en ikketranskritisk tilstand i alle deler av den overhetingshindrende kjølekretsen. Kjølemediet i den overhetingshindrende kjølekretsen kan forlate kompressoren med svært høy temperatur, hvilket medfører en effektiv varmeveksling med omgivelsene. I kombinasjon med energioverføringen gjennom kondensasjon av kjølemediet i kondensatoren kan driften av den overhetingshindrende kjølekretsen i den overhetingshindrende enhet skje på en svært effektiv måte. Kjølemediet i den overhetingshindrende kjølekretsen kan være et fra gruppen bestående av propan, propen, butan, R410A, R404a, R134a, NH3, DP1 og fluid H.

Det er også mulig at den overhetingshindrende enheten omfatter innretninger for termoelektrisk kjøling. Driften av disse kan være lettere eller mer praktisk enn driften av en overhetingshindrende kjølekrets ved noen anvendelser.

Som forklart ovenfor, er det mulig at varmevekslingen mellom den andre kjølemediumledningen i kjølekretsen og den overhetingshindrende enheten utføres med en varmeveksler. Varmeveksleren kan være i tett, romlig nærhet til den andre kjølemediumledningen i kjølekretsen og en passende del av den overhetingshindrende enheten. En varmeveksler sørger for en effektiv varmeoverføring fra kjølemediet i kjølekretsen til den overhetingshindrende enheten.

Det er videre mulig at kjølesystemet omfatter en mellomliggende varmevekslerkrets som er i varmevekslende forbindelse med kjølekretsen og den overhetingshindrende enheten. Dette tillater en romlig atskillelse av kjølekretsen og den overhetingshindrende enhet. Den overhetingshindrende enheten kan derfor være posisjonert i et fordelaktig miljø, f.eks. på taket av en bygning. Det totale systemets effektivitet kan forbedres ved å skille ytterligere gasskjøleren i kjølekretsen fra kondensatoren i den overhetingshindrende enheten. En atskillelse av de to kjølekretsene kan være gunstig av sikkerhetsmessige årsaker i tilfelle det anvendes brennbare kjølemedier. Videre vil en mellomliggende varmevekslerkrets som har sin egen frihetsgrad, f.eks. det anvendte kjølemediet eller strømningshastigheten på kjølemediet, sørge for en annen innretning for regulering av hele kjølesystemet. Den mellomliggende varmevekslerkretsen kan være en saltlake- eller vannkrets. Den mellomliggende varmevekslerkretsen kan omfatte en første varmeveksler for å oppnå varmeveksling med en andre kjølemediumledning i kjølekretsen og en andre varmeveksler for å oppnå varmeveksling med den overhetingshindrende enheten.

I en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen kan mellomtrykksbeholderen i kjølekretsen ved drift skille flytende kjølemedium fra gassformig kjølemedium. Dette tillater en mer effektiv kjøling i omgivelsene rundt fordamperen av kjølekretsen. Kjølekretsen kan videre omfatte en ytterligere kjølemediumledning som forbinder gassfasedelen i mellomtrykksbeholderen med sugesiden på kompressoren, og en tredje ekspansjonsinnretning arrangert i den ytterligere kjølemediumledningen. I lys av den foreliggende oppfinnelse kan denne ekstra kjølemediumledningen være dimensjonert mindre fordi den økte effektiviteten ved kjølingen av kjølemediet i den transkritiske delen av kjølekretsen, som oppnådd med den overhetingshindrende enheten, medfører at en større del av kjølemediet er i flytende fase når det når mellomtrykksbeholderen. Derfor blir en mindre del av kjølemediet ført tilbake gjennom den ytterligere kjølemediumledningen.

Det er videre mulig at trykket i kjølemediet ved drift er under 120 bar i den transkritiske delen av kjølekretsen. Dette tillater bruk av standard rørkomponenter. Det er viktig å holde trykket under 120 bar for å holde systemkostnadene lave, fordi rør som skal kunne tåle høyere trykk, er svært kostbare. Det er også mulig at trykket i kjølemediet i den transkritiske delen er over 120 bar. Kjølesystemet er således i stand til å virke svært effektivt også i de varmeste områder av verden.

I en ytterligere utførelsesform kan den overhetingshindrende enheten selektivt slås på og av.

Det er også mulig å ha flere vifter sammen med gasskjøleren i kjølekretsen. Virkningen av kjølesystemet kan stilles inn med drift av et passende antall viftetrinn og med drift av den overhetingshindrende enhet, hvorved det oppnås et ønsket nivå av deoverheting av kjølemediet i kjølekretsen. Ved å betrakte antall vifter og den overhetingshindrende enheten som et antall trinn med kjølevirkning, er det mulig med en finere kontroll av deoverhetingen av kjølemediet. Spesielt dersom det som vinnes i ytelse ved drift av den overhetingshindrende enhet er mindre enn ytelsen som oppnås ved å kjøre et ekstra viftetrinn, kan minimumsfraksjonen av ytelsen bli redusert, og dette kan resultere i betydelige energibesparelser når det ikke er behov for en stor mengde deoverheting ved momentane systembetingelser. Lignende betraktninger gjelder når det benyttes flere kompressortrinn i kjølekretsen.

Alle komponenter på tegningene og i listen med henvisningstall er eksempelvis vist som enkeltkomponenter. Hver komponent kunne også være et antall komponenter.

Med fremgangsmåten for kjøling i henhold til de eksemplifiserte utførelsesformer av oppfinnelsen, som beskrevet ovenfor, kan de samme fordeler oppnås som med kjølesystemet. Denne fremgangsmåten kan utvikles videre ved fremgangsmåtetrinn som tilsvarer trekkene beskrevet med hensyn til kjølesystemet. For å unngå overflod er slike utførelsesformer og utviklinger av fremgangsmåten for kjøling ikke gjentatt.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet med henvisning til eksemplifiserte utførelsesformer, vil det være underforstått av fagfolk på området at forskjellige endringer kan gjøres, og ekvivalenter kan erstatte elementer i disse uten å avvike fra rammen for oppfinnelsen. I tillegg kan mange modifikasjoner gjøres for å tilpasse en bestemt situasjon eller et materiale til beskrivelsene av oppfinnelsen uten å avvike fra selve rammen for denne. Det er derfor ment at oppfinnelsen ikke skal være begrenset til noen bestemt beskrevet utførelsesform, men at oppfinnelsen vil innbefatte alle utførelsesformer som faller innen rammen for de vedføyde krav.

Liste med henvisningstall

2 kjølesystem

4 kjølekrets

6 overhetingshindrende enhet

8 kompressor

10 gasskjøler

12 første ekspansjonsinnretning

14 mellomtrykksbeholder

16 andre ekspansjonsinnretning

18 fordamper

20 tredje ekspansjonsinnretning

22 første kjølemediumledning

24 andre kjølemediumledning

26 tredje kjølemediumledning

28 fjerde kjølemediumledning

30 femte kjølemediumledning

32 sjette kjølemediumledning

34 sjuende kjølemediumledning

36 åttende kjølemediumledning

38 varmeveksler

40 overhetingshindrende kjølekrets

42 overhetingshindrende kjølekrets, kompressor

44 overhetingshindrende kjølekrets, kondensator

46 overhetingshindrende kjølekrets, ekspansjonsinnretning 48 overhetingshindrende kjølekrets, kjølemediumledninger 50 mellomliggende varmevekslerkrets

52 første mellomliggende krets, varmeveksler

54 andre mellomliggende krets, varmeveksler

Claims

Patentkrav

1. Kjølesystem (2) omfattende en kjølekrets (4) som i strømningsretningen har en kompressor (8), en gasskjøler (10), en første ekspansjonsinnretning (12), en mellomtrykksbeholder (14), en andre ekspansjonsinnretning (16), en fordamper (18) og kjølemediumledninger (22, 24, 26, 28, 30, 32) som et kjølemedium sirkulerer gjennom;

hvor den første ekspansjonsinnretning (12) ekspanderer kjølemediet til et mellomtrykksnivå;

hvor en første kjølemediumledning (22) av kjølemediumledninger (22, 24, 26, 28, 30, 32) forbinder kompressoren (8) med gasskjøleren (10), og en andre kjølemediumledning (24) av kjølemediumledningene (22, 24, 26, 28, 30, 32) forbinder gasskjøleren (10) med den første ekspansjonsinnretning (12), den første kjølemediumledning (22), gasskjøleren (10) og den andre kjølemediumledning (24) danner en transkritisk del av kjølekretsen (4);

hvor driften av kompressoren (8) kan foregå slik at kjølemediet er i en transkritisk tilstand i den transkritiske del;

hvori mellomtrykksbeholderen (14) i kjølekretsen (4) ved drift skiller flytende kjølemedium fra gassformig kjølemedium og kjølekretsen (4) også omfatter en ytterligere kjølemediumledning (34, 36) som forbinder gassfasedelen av mellomtrykksbeholderen (14) med sugesiden av kompressoren (8); og

hvor kjølesystemet (2) også omfatter en overhetingshindrende enhet (6), hvor den overhetingshindrende enhet (6) via en varmeveksler er forbundet med minst en del av den andre kjølemediumledning (24), og derved oppnås ved drift motvirkning av overheting av kjølemediet som blir sirkulert i kjølekretsen (4);

kjølesystemet (2) er k a r a k t e r i s e r t v e d a t en tredje ekspansjonsinnretning (20) er arrangert i den ytterligere kjølemediumledning (34, 36) og at et flertall av trinn av vifter er gjort tilgjengelige sammen med gasskjøleren (10), hvor ytelsen av kjølesystemet (2) delvis er styrt ved å drive et hensiktsmessig antall viftetrinn og ved å drive den overhetingshindrende enhet (6), som selektivt kan slås på og av, idet et ønsket nivå av overhetingshindring av kjølemediet i kjølekretsen (4) oppnås.

2. Kjølesystem (2) ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d a t kjølemediet i kjølekretsen (4) er CO2.

3. Kjølesystem (2) ifølge krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den overhetingshindrende enhet (6) omfatter en overhetingshindrende kjølekrets (40).

4. Kjølesystem (2) ifølge krav 3, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den overhetingshindrende kjølekrets (40) omfatter i den overhetingshindrende kjølekrets: en kompressor (42), en kondensator (44), en ekspansjonsinnretning (46) og kjølemediumledninger (48) som kjølemediet sirkulerer gjennom.

5. Kjølesystem (2) ifølge krav 3 eller 4, k a r a k t e r i s e r t v e d a t kjølemediet i den overhetingshindrende kjølekrets (40) er i en ikke-transkritisk tilstand.

6. Kjølesystem (2) ifølge hvilket som helst av kravene 3-5,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t kjølemediet i den overhetingshindrende kjølekrets (40) er et kjølemedium fra gruppen bestående av propan, propen, butan, R410A, R404a, R134a, NH3, DP1 og fluid H.

7. Kjølesystem (2) ifølge krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den overhetingshindrende enhet (6) omfatter innretninger for termoelektrisk kjøling.

8. Kjølesystem (2) ifølge hvilket som helst av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t varmevekslingen mellom den andre kjølemediumledning (24) og den overhetingshindrende enhet (6) utføres med en varmeveksler (38).

9. Kjølesystem (2) ifølge hvilket som helst av kravene 1-7,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t kjølesystemet (2) omfatter en mellomliggende varmevekslerkrets (50) som er i varmevekslende forbindelse med kjølekretsen (4) og den overhetingshindrende enhet (6), i særdeleshet hvor den mellomliggende varmevekslerkrets (50) er en saltlake- eller vannkrets.

10. Kjølesystem (2) ifølge krav 9, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den mellomliggende varmevekslerkrets (50) omfatter en første varmeveksler (52) for å oppnå varmeveksling med den andre kjølemediumledning (24) og en andre varmeveksler (54) for å oppnå varmeveksling med den overhetingshindrende enhet (6).

11. Kjølesystem (2) ifølge hvilket som helst av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t trykket i kjølemediet ved drift er under 120 bar i den transkritiske del av kjølekretsen (4).

12. Fremgangsmåte for kjøling,

k a r a k t e r i s e r t v e d at den omfatter trinnene:

et kjølemedium komprimeres til et transkritisk trykknivå i en kompressor (8);

kjølemediet avkjøles i en gasskjøler (10) som det sammen med er et flertall av tilgjengelige viftetrinn;

kjølemediet hindres i overheting via varmeveksling med en overhetingshindrende enhet (6);

kjølemediet ekspanderes til et mellomtrykksnivå via en første ekspansjonsinnretning (12);

kjølemediet ledes inn i en mellomtrykksbeholder (14);

skille flytende kjølemedium fra gassformig kjølemedium i mellomtrykksbeholderen (14);

en første del av kjølemediet ledes gjennom en ytterligere kjølemediumledning (34, 36) fra gassfasedelen av mellomtrykksbeholderen (14) til sugesiden av kompressoren (8), med en tredje ekspansjonsinnretning (20) arrangert i den ytterligere kjølemediumledning (34, 36),

en andre del av kjølemediet ekspanderes videre via en andre ekspansjonsinnretning (16);

den andre delen av kjølemediet ledes gjennom en fordamper (18), slik at omgivelsene til fordamperen kjøles ned; og

ytelsen av kjølesystemet (2) styres delvis ved å drive et hensiktsmessig antall viftetrinn og ved å drive den overhetingshindrende enhet (6), som selektivt kan slås på og av, slik at et ønsket nivå av overhetingshindring av kjølemediet i kjølekretsen (4) oppnås.