RU2373462C2

RU2373462C2 - Control method of high pressure in supercritical refrigeration circuit which functions regularly

Info

Publication number: RU2373462C2
Application number: RU2007134562/06A
Authority: RU
Inventors: Бернд ХАЙНБОКЕЛЬ (DE); Бернд ХАЙНБОКЕЛЬ
Original assignee: Кэрриер Корпорейшн
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2009-11-20
Also published as: RU2007134562A

Abstract

FIELD: heating systems.

SUBSTANCE: invention refers to refrigerating engineering. Method refers to control of supercritical refrigeration circuit (2) which functions regularly and contains, in flow direction, the compressor, heat-removing heat exchanger (10), control valve (12) connected to outlet hole (14) of heat-removing heat exchanger (10), and device (16) for controlling control valve (12). Method involves the following stages: (a) (in subcritical mode) controlling control valve (12) so that pre-determined "subcritical pressure" can be maintained, which provides pre-determined underheating of liquid cooling agent at outlet hole (14) of heat-removing heat exchanger (10), (b) (in supercritical mode) controlling control valve (12) so that pre-determined "supercritical pressure" of supercritical cooling agent can be maintained at outlet hole (14) of heat-removing heat exchanger (10), and (c) (in marginal mode of boundary area located near critical point) controlling control valve (12) depending on "continuity pressure" which is determined based on pre-determined "subcritical pressure" and "supercritical pressure" of stages (a) and (b).

EFFECT: developing the method of controlling supercritical refrigeration circuit which functions regularly in boundary area located near critical point.

19 cl, 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к способу управления высоким давлением хладагента в периодически функционирующей суперкритически холодильной схеме, которая прокачивает по замкнутой системе при использовании хладагент в предварительно определенном направлении потока и которая содержит в направлении потока компрессор, отводящий тепло теплообменник, регулирующий вентиль, связанный с выпускным отверстием отводящего тепло теплообменника, и устройство управления для управления регулирующим вентилем.The present invention relates to a method for controlling high pressure refrigerant in a periodically functioning supercritical refrigeration circuit, which circulates in a closed system when using refrigerant in a predetermined flow direction and which comprises a compressor in the direction of flow, a heat-removing heat exchanger, a control valve connected to the heat-exhaust outlet heat exchanger, and a control device for controlling the control valve.

Известны различные способы управления высоким давлением в хладагенте, находящемся за отводящим тепло теплообменником, то есть газоохладителе и/или конденсаторе, как в субкритических, так и в суперкритических эксплуатационных условиях. Например, поплавковый регулирующий вентиль представляет собой известное устройство для регулирования высокого давления в субкритически функционирующей холодильной схеме. В зависимости от уровня жидкости в поплавковом регулирующем вентиле поплавок открывает или закрывает выпускное отверстие для выпуска жидкого хладагента в холодильную схему, и обычно к ресиверу, в котором хладагент собирается и сохраняется до его выдачи потребителю (потребителям) охлаждения. С другой стороны, газообразный хладагент не будет поднимать поплавок, так что выпускное отверстие будет оставаться закрытым. Соответственно, давление превращения в жидкое состояние в отводящем тепло теплообменнике будет подниматься, гарантируя подачу текучего хладагента к поплавковому регулирующему вентилю.Various methods are known for controlling high pressure in a refrigerant located behind a heat-removing heat exchanger, i.e. a gas cooler and / or condenser, both in subcritical and supercritical operating conditions. For example, a float control valve is a known device for controlling high pressure in a subcritically functioning refrigeration circuit. Depending on the liquid level in the float control valve, the float opens or closes the outlet for discharging liquid refrigerant into the refrigeration circuit, and usually to the receiver, in which the refrigerant is collected and stored until it is delivered to the cooling consumer (s). On the other hand, gaseous refrigerant will not raise the float so that the outlet will remain closed. Accordingly, the liquidation pressure in the heat-removing heat exchanger will rise, guaranteeing the flow of flowing refrigerant to the float control valve.

В суперкритическом эксплуатационном режиме за отводящим тепло теплообменником жидкий хладагент присутствовать не будет, и поплавковый регулирующий вентиль не сможет оказывать воздействие на регулирование высокого давления. Однако, в суперкритическом режиме существует корреляция между температурой выпуска газоохладителя и высоким давлением хладагента, для которой КПД (коэффициент полезного действия) находится на максимальном значении. Соответствующая формула для вычисления такого оптимального высокого давления в суперкритическом режиме специалистам в данной области техники известна, и посредством регулирующего вентиля, связанного с выпускным отверстием отводящего тепло теплообменника и газоохладителя, соответственно, давлением хладагента можно управлять, основываясь на этой формуле.In the supercritical operating mode, no liquid refrigerant will be present behind the heat-removing heat exchanger, and the float control valve will not be able to influence the high pressure control. However, in supercritical mode, there is a correlation between the gas cooler discharge temperature and high refrigerant pressure, for which the efficiency (efficiency) is at its maximum value. A suitable formula for calculating such an optimal high pressure in supercritical mode is known to those skilled in the art, and by means of a control valve connected to the outlet of the heat-removing heat exchanger and gas cooler, respectively, the refrigerant pressure can be controlled based on this formula.

Периодически функционирующие суперкритически холодильные схемы, например, с CO₂ в качестве хладагента, периодически действуют в суперкритическом эксплуатационном режиме, с выходящим из газоохладителя хладагентом, находящимся в газообразном состоянии. Они также периодически действуют в субкритическом, или "нормальном" режиме, где хладагент, выходящий из конденсатора, находится в текучем состоянии. Действует ли холодильная схема в суперкритическом или в субкритическом режиме, зависит от температуры среды, относительно которой хладагент охлаждается и конденсируется, соответственно, в отводящем тепло теплообменнике. Как таковая, среда обычно является окружающим воздухом, субкритический эксплуатационный режим также упоминается как "зимний режим", тогда как суперкритический эксплуатационный режим также упоминается как "летний режим". Альтернативной средой могут быть вода или морская вода.Periodically functioning supercritical refrigeration circuits, for example, with CO ₂ as a refrigerant, periodically operate in a supercritical operating mode, with a refrigerant leaving the gas cooler in a gaseous state. They also periodically operate in a subcritical, or “normal” mode, where the refrigerant leaving the condenser is in a fluid state. Whether the refrigeration circuit operates in supercritical or subcritical mode depends on the temperature of the medium relative to which the refrigerant is cooled and condensed, respectively, in the heat-removing heat exchanger. As such, the environment is usually ambient air, a subcritical operating mode is also referred to as a “winter mode”, while a supercritical operating mode is also referred to as a “summer mode”. An alternative medium may be water or seawater.

Управление высоким давлением хладагента в граничной области, находящейся рядом с критической точкой, где суперкритический эксплуатационный режим переходит в субкритический эксплуатационный режим и наоборот, представляет собой проблему, связанную с такими холодильными схемами.Managing high refrigerant pressure in a boundary region near the critical point where the supercritical operating mode transitions to the subcritical operating mode and vice versa is a problem associated with such refrigeration circuits.

Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание способа управления периодически функционирующей суперкритически холодильной схемой в граничной области, находящейся рядом с критической точкой.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for controlling a periodically functioning supercritical refrigeration circuit in a boundary region adjacent to a critical point.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения эта задача решается посредством способа управления периодически функционирующей суперкритически холодильной схемой для прокачивания хладагента в предварительно определенном направлении потока, содержащей в направлении потока компрессор, отводящий тепло теплообменник, регулирующий вентиль, связанный с выпускным отверстием отводящего тепло теплообменника, и устройство управления для управления регулирующим вентилем, при этом способ включает следующие стадии:According to an embodiment of the present invention, this problem is solved by a method for controlling a periodically functioning supercritical refrigeration circuit for pumping refrigerant in a predetermined flow direction, comprising a compressor in the flow direction, a heat-removing heat exchanger, a control valve connected to an outlet of the heat-removing heat exchanger, and an apparatus control for controlling the control valve, the method comprising the following steps:

(а) в субкритическом режиме, управления регулирующим вентилем так, чтобы поддерживать предварительно определенное "субкритическое давление", обеспечивающее предварительно определенное переохлаждение жидкого хладагента у выпускного отверстия отводящего тепло теплообменника;(a) in a subcritical mode, controlling the control valve so as to maintain a predetermined “subcritical pressure” providing a predetermined supercooling of the liquid refrigerant at the outlet of the heat-removing heat exchanger;

(b) в суперкритическом режиме, управления регулирующим вентилем так, чтобы поддерживать предварительно определенное "суперкритическое давление", которое оптимизировано для получения оптимальной эффективности, суперкритического хладагента у выпускного отверстия отводящего тепло теплообменника; и(b) in supercritical mode, controlling the control valve so as to maintain a predetermined “supercritical pressure” that is optimized for optimal efficiency, supercritical refrigerant at the outlet of the heat-removing heat exchanger; and

(c) в граничном режиме в граничной области, находящейся рядом с критической точкой, управления регулирующим вентилем в зависимости от "давления непрерывности", которое определяется на основании предварительно определенного "субкритического давления" и предварительно определенного "суперкритического давления" этапов (а) и (b).(c) in the boundary mode, in the boundary region adjacent to the critical point, the control valve is controlled according to the “continuity pressure”, which is determined based on the predetermined “subcritical pressure” and the predetermined “supercritical pressure” of steps (a) and ( b)

В соответствии с настоящим изобретением регулирующий вентиль управляет высоким давлением для субкритического режима, суперкритического режима, а также граничного режима. В суперкритическом режиме устройство управления управляет регулирующим вентилем по существу как в предшествующей технике, то есть на основании известной корреляции, для получения оптимальной эффективности, возможно, отрегулированной с помощью коэффициента, учитывающего конкретный тип отводящего тепло теплообменника; таким образом, чтобы достигалась оптимальная эффективность или почти оптимальная эффективность для холодильной схемы. В субкритическом режиме устройство управления управляет регулирующим вентилем подобно поплавковому регулирующему вентилю так, чтобы для прохождения через регулирующий вентиль обеспечивался только жидкий хладагент.In accordance with the present invention, the control valve controls high pressure for the subcritical mode, supercritical mode, as well as the boundary mode. In supercritical mode, the control device controls the control valve essentially as in the prior art, that is, based on a known correlation, to obtain optimal efficiency, possibly adjusted by a coefficient taking into account the particular type of heat-removing heat exchanger; so that optimal efficiency or near optimal efficiency is achieved for the refrigeration circuit. In subcritical mode, the control device controls the control valve like a float control valve so that only liquid refrigerant is provided to pass through the control valve.

Предварительно определенный недогрев жидкого хладагента у выпускного отверстия отводящего тепло теплообменника обеспечивается для того, чтобы гарантировать, что жидкий хладагент будет проходить через регулирующий вентиль.A predefined underfloor heating of the liquid refrigerant at the outlet of the heat-removing heat exchanger is provided in order to ensure that the liquid refrigerant passes through the control valve.

В то время как управление в суперкритическом режиме и субкритическом режиме является относительно традиционным, проблемы существуют главным образом в граничной области около критической точки, то есть в области перехода между субкритическим и суперкритическим функционированием. Соответствующие расчеты субкритического давления и суперкритического давления для критической точки могут существенно изменяться. В действительности, легкий сдвиг параметров, например температуры хладагента, и т.д., может приводить к существенному скачку давления, приводя к нарушениям и прерывистости в управлении регулирующего вентиля. Чтобы адресоваться к этой проблеме, для целей управления определяется граничная область вокруг или рядом с критической точкой, и "давление непрерывности" рассчитывается и/или определяется на основании предварительно определенного "субкритического давления" и предварительно определенного "суперкритического давления". Соответственно, определенное таким образом "давление непрерывности" служит для непрерывного соединения субкритического давления с суперкритическим давлением. Таким образом, непрерывное управление регулирующим вентилем и давлением хладагента, соответственно, может осуществляться даже вблизи от критической точки.While the control in supercritical mode and subcritical mode is relatively traditional, problems exist mainly in the boundary region near the critical point, that is, in the transition region between subcritical and supercritical functioning. The corresponding calculations of subcritical pressure and supercritical pressure for a critical point can vary significantly. In fact, a slight shift in parameters, such as refrigerant temperature, etc., can lead to a significant pressure jump, leading to disturbances and intermittent control of the control valve. To address this problem, for control purposes, a boundary region is defined around or near the critical point, and the “continuity pressure” is calculated and / or determined based on a predetermined “subcritical pressure” and a predetermined “supercritical pressure”. Accordingly, the “continuity pressure” thus defined serves to continuously connect the subcritical pressure to supercritical pressure. Thus, continuous control of the control valve and refrigerant pressure, respectively, can be carried out even close to a critical point.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения давление непрерывности определяют на стадии (с) посредством определения "субкритического давления" и "суперкритического давления" для конкретного эксплуатационного состояния в соответствии со стадиями (а) и (b) и выбора более высокого давления из "субкритического давления" и "суперкритического давления". Это конкретное решение включает расчет "субкритического давления" и/или "суперкритического давления" вне критической точки в суперкритической области и субкритической области, соответственно. Хотя соответствующие расчеты не имеют смысла с физической точки зрения, однако, соответствующие величины можно использовать для управления регулирующим вентилем, и таким образом, высоким давлением у выпускного отверстия отводящего тепло теплообменника. Соответствующие величины могут рассчитываться также в "реальном масштабе времени", но также могут быть основаны на более ранних вычислениях и хранящихся, например, в виде справочных таблиц в памяти. Этот способ, в частности, является предпочтительным, если имеется пересечение между кривой давления для суперкритического давления и кривой давления для субкритического давления около диапазона критического давления, то есть в пределах граничной области, как определено для этого конкретного применения.According to an embodiment of the present invention, the continuity pressure is determined in step (c) by determining “subcritical pressure” and “supercritical pressure” for a particular operational state in accordance with steps (a) and (b) and selecting a higher pressure from “subcritical pressure” "and" supercritical pressure ". This particular solution involves the calculation of “subcritical pressure” and / or “supercritical pressure” outside the critical point in the supercritical region and the subcritical region, respectively. Although the corresponding calculations do not make sense from a physical point of view, however, the corresponding values can be used to control the control valve, and thus, the high pressure at the outlet of the heat-removing heat exchanger. The corresponding values can also be calculated in "real time", but can also be based on earlier calculations and stored, for example, in the form of lookup tables in memory. This method, in particular, is preferred if there is an intersection between the pressure curve for supercritical pressure and the pressure curve for subcritical pressure near the critical pressure range, that is, within the boundary region, as defined for this particular application.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения давление непрерывности определяют на стадии (с) на основании интерполяции для величин давления в пределах граничной области между "субкритическим давлением" на нижнем пределе граничной области, как определено, и "суперкритическим давлением" на верхнем пределе граничной области. Интерполяция может иметь тип способа наилучшего приближения при стремлении соответствовать настолько близко, насколько возможно, кривым суперкритического давления и субкритического давления, соответственно, в той области, где это применимо. Также можно просто соединять "субкритическое давление" на нижнем пределе граничной области и "суперкритическое давление" на верхнем пределе граничной области прямой линией. Граничная область не обязательно должна быть симметричной относительно критической точки. Граничная область также может быть полностью с одной стороны от критической точки.According to another preferred embodiment of the present invention, the continuity pressure is determined in step (c) based on interpolation for pressure values within the boundary region between the “subcritical pressure” at the lower limit of the boundary region, as defined, and “supercritical pressure” at the upper limit of the boundary area. Interpolation can be of the type of best approximation method when striving to correspond as close as possible to supercritical pressure and subcritical pressure curves, respectively, in the region where it is applicable. You can also simply connect the “subcritical pressure” at the lower limit of the boundary region and the “supercritical pressure” at the upper limit of the boundary region with a straight line. The boundary region does not have to be symmetrical about the critical point. The boundary region can also be completely on one side of the critical point.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения стадия (а) включает определение "субкритического давления" на основании температуры и линии давления насыщения хладагента и принимая во внимание недогрев хладагента по сравнению с давлением насыщения.According to an embodiment of the present invention, step (a) comprises determining a “subcritical pressure” based on the temperature and the saturation pressure line of the refrigerant and taking into account the refrigerant underheating as compared to the saturation pressure.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения недогрев хладагента по сравнению с давлением насыщения составляет недогрев до 10 градусов Кельвина и предпочтительно находится между 2 градусами Кельвина и 6 градусами Кельвина.According to an embodiment of the present invention, the refrigerant underheating as compared to the saturation pressure is underheating to 10 degrees Kelvin and is preferably between 2 degrees Kelvin and 6 degrees Kelvin.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения "суперкритическое давление" определяют на стадии (b) на основании температуры хладагента так, чтобы коэффициент полезного действия холодильной схемы находился по существу на оптимальном значении. Как упомянуто выше, для каждой температуры у выпускного отверстия отводящего тепло теплообменника может быть определено конкретное давление, которое приводит к оптимальному КПД. Соответствующая формула известна в конкретной области, и предпочтительным является вычисление высокого давления в суперкритической области, основанное на такой формуле. Температура у выпускного отверстия отводящего тепло теплообменника может быть измерена с помощью известных устройств, например, термопар и других температурных датчиков. Нет никакой необходимости измерять точную температуру, а достаточно измерить любую величину, указывающую температуру, и принимать во внимание зависимость такой величины от правильной температуры при вычислении или определении соответствующего давления.According to an embodiment of the present invention, “supercritical pressure” is determined in step (b) based on the temperature of the refrigerant so that the efficiency of the refrigeration circuit is substantially at its optimum value. As mentioned above, for each temperature at the outlet of the heat-removing heat exchanger, a specific pressure can be determined, which leads to optimal efficiency. The corresponding formula is known in a particular field, and it is preferable to calculate the high pressure in the supercritical region based on such a formula. The temperature at the outlet of the heat-removing heat exchanger can be measured using known devices, for example, thermocouples and other temperature sensors. There is no need to measure the exact temperature, but it is enough to measure any value indicating the temperature and take into account the dependence of such a quantity on the correct temperature when calculating or determining the corresponding pressure.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения регулирующий вентиль является вентилем регулирования давления, и в зависимости от эксплуатационного режима, соответствующее одно из "субкритического давления", "давления непрерывности" и "суперкритического давления" управляет функционированием вентиля регулирования давления.According to an embodiment of the present invention, the control valve is a pressure control valve, and depending on the operating mode, the corresponding one of “subcritical pressure”, “continuity pressure” and “supercritical pressure” controls the operation of the pressure control valve.

Настоящее изобретение также относится к холодильной схеме для прокачивания хладагента в предварительно определенном направлении потока, содержащей в направлении потока компрессор, отводящий тепло теплообменник, регулирующий вентиль, связанный с выпускным отверстием отводящего тепло теплообменника, и устройство управления, выполненное с возможностью управления регулирующим вентилем:The present invention also relates to a refrigeration circuit for pumping refrigerant in a predetermined flow direction, comprising a compressor, a heat removal heat exchanger, a control valve associated with a heat removal heat exchanger outlet, and a control device configured to control the control valve:

(а) в субкритическом режиме, так, чтобы поддерживать предварительно определенное "субкритическое давление", обеспечивающее предварительно определенный недогрев жидкого хладагента у выпускного отверстия отводящего тепло теплообменника;(a) in subcritical mode, so as to maintain a predetermined “subcritical pressure” providing a predetermined undercooling of the liquid refrigerant at the outlet of the heat-removing heat exchanger;

(b) в суперкритическом режиме, так, чтобы поддерживать предварительно определенное "суперкритическое давление", которое оптимизировано для получения оптимальной эффективности, суперкритического хладагента у выпускного отверстия отводящего тепло теплообменника; и(b) in supercritical mode, so as to maintain a predetermined "supercritical pressure" that is optimized to obtain optimal efficiency, supercritical refrigerant at the outlet of the heat-removing heat exchanger; and

(c) в граничном режиме в граничной области, находящейся рядом с критической точкой, в зависимости от "давления непрерывности", которое определяется на основании предварительно определенного "субкритического давления" и предварительно определенного "суперкритического давления" (а) и (b).(c) in the boundary mode in the boundary region adjacent to the critical point, depending on the “continuity pressure”, which is determined based on the predetermined “subcritical pressure” and the predetermined “supercritical pressure” (a) and (b).

Устройство управления также может рассчитывать соответствующие давления на основании связанных с ними величин, подобных характеристикам хладагента, температуре и т.д., на фактическом основании. В качестве альтернативы соответствующие давления могут быть определены на основании величин, хранящихся в памяти такого устройства управления, подобно справочным таблицам, и т.д. Также можно использовать комбинацию фактического расчета с хранящимися величинами.The control unit can also calculate the corresponding pressures based on their associated values, such as refrigerant characteristics, temperature, etc., on an actual basis. Alternatively, the respective pressures can be determined based on the values stored in the memory of such a control device, like reference tables, etc. You can also use a combination of the actual calculation with the stored values.

Устройство управления может быть объединено с регулирующим вентилем. Также можно объединять устройство управления регулирующего вентиля с главным устройством управления холодильной схемы.The control device can be combined with a control valve. You can also combine the control valve control unit with the main control device of the refrigeration circuit.

Настоящее изобретение дополнительно относится к устройству охлаждения, содержащему холодильную схему в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения и/или действующему с помощью способа по варианту осуществления настоящего изобретения. Устройством охлаждения может быть система охлаждения для супермаркета, чтобы обеспечивать охлаждение для шкафов показа и т.д., или промышленная система охлаждения и т.д.The present invention further relates to a cooling device comprising a refrigeration circuit in accordance with an embodiment of the present invention and / or operating using the method of an embodiment of the present invention. The cooling device may be a cooling system for a supermarket to provide cooling for display cabinets, etc., or an industrial cooling system, etc.

Ниже более подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи, на которых:Embodiments of the present invention are described in more detail below with reference to the drawings, in which:

На фиг.1 изображена холодильная схема, которая является вариантом осуществления настоящего изобретения;Figure 1 shows a refrigeration circuit, which is an embodiment of the present invention;

На фиг.2 - диаграмма р-Т для детализирования варианта осуществления настоящего изобретения; и2 is a p-T diagram for detailing an embodiment of the present invention; and

На фиг.3 - диаграмма р-Т, подобная диаграмме на фиг.2.FIG. 3 is a p-T diagram similar to that of FIG. 2.

На фиг.1 изображена холодильная схема 2 для прокачивания хладагента, подобного СO₂, в предварительно определенном направлении потока. Эту холодильную схему 2 можно использовать в субкритическом режиме, то есть в "зимнем режиме", также как в суперкритическом режиме, то есть в "летнем режиме". Холодильная схема содержит в направлении потока компрессорную установку 4, то есть в конкретном варианте осуществления установку индивидуальных компрессоров 6, 8, отводящий тепло теплообменник 10, регулирующий вентиль 12, который связан с выпускным отверстием 14 отводящего тепло теплообменника 10, и устройство 16 управления для управления регулирующим вентилем 12 и, возможно, всей холодильной схемой 2.1 shows a refrigeration circuit 2 for pumping a refrigerant like CO ₂ in a predetermined flow direction. This refrigeration circuit 2 can be used in subcritical mode, that is, in "winter mode", as well as in supercritical mode, that is, in "summer mode". The refrigeration circuit includes a compressor unit 4 in the direction of flow, that is, in a particular embodiment, the installation of individual compressors 6, 8, a heat-removing heat exchanger 10, a control valve 12, which is connected to an outlet 14 of the heat-removing heat exchanger 10, and a control device 16 for controlling the control valve 12 and possibly the entire refrigeration circuit 2.

Холодильная схема 2 дополнительно содержит ресивер 18 и один или множество потребителей 20 охлаждения, каждый из которых содержит потребительское дросселирующее устройство 22, а также потребительский испаритель 24. Потребителями 20 охлаждения являются так называемые "среднетемпературные" потребители, которые в случае применения системы охлаждения в супермаркете представляют собой шкафы показа для молочных продуктов, мяса, овощей, фруктов и т.д., которым требуются температуры охлаждения выше или близкие к точке замерзания. "Низкотемпературная" холодильная схема 26 может в качестве альтернативы или дополнительно обеспечиваться низкотемпературным потребителем (потребителями) 28 охлаждения, каждый из которых содержит низкотемпературное дросселирующее устройство 30 и низкотемпературный испаритель 32. Установка 34 низкотемпературных петлевых компрессоров повышает давление хладагента до давления всасывания многокомпрессорной установки 4. Всасывающая линия 36 соединяет среднетемпературных потребителей 20 охлаждения с установкой 4 компрессоров. Линия 38 высокого давления соединяет выпускное отверстие компрессорной установки 4 со входом отводящего тепло теплообменника 10, а выпускная линия 40 теплообменника подсоединяет выпускное отверстие теплообменника 10 к ресиверу 18. Жидкостная линия 42 соединяет жидкостной участок ресивера 18 с потребителями 20 охлаждения с жидкостной отводной линией 44, подсоединяющей низкотемпературный потребитель 28 охлаждения. Обратная линия 46 соединяет выпускное отверстие низкотемпературной компрессорной установки 34 со всасывающей линией 36. Линия 48 мгновенно испаряющегося газа подсоединяет газовый участок ресивера 18 через дросселирующее устройство 50 мгновенно испаряющегося газа к обратной линии 46 и/или через обратную линию 52 мгновенно испаряющегося газа к компрессору 8 в компрессорной установке 4.The refrigeration circuit 2 further comprises a receiver 18 and one or a plurality of cooling consumers 20, each of which contains a consumer throttling device 22, as well as a consumer evaporator 24. The cooling consumers 20 are the so-called “medium temperature” consumers, which in the case of applying the cooling system in a supermarket display cabinets for dairy products, meat, vegetables, fruits, etc., which require cooling temperatures above or close to the freezing point. The "low temperature" refrigeration circuit 26 may alternatively or additionally be provided with a low temperature cooling consumer (s) 28, each of which contains a low temperature throttling device 30 and a low temperature evaporator 32. Installing 34 low temperature loop compressors increases the refrigerant pressure to the suction pressure of the multi-compressor unit 4. Suction line 36 connects medium temperature consumers 20 cooling with the installation of 4 compressors. A high pressure line 38 connects the outlet of the compressor unit 4 to the inlet of the heat-removing heat exchanger 10, and an outlet line 40 of the heat exchanger connects the outlet of the heat exchanger 10 to the receiver 18. The liquid line 42 connects the liquid portion of the receiver 18 to the cooling consumers 20 with the liquid outlet line 44 connecting low temperature consumer 28 cooling. A return line 46 connects the outlet of the low temperature compressor unit 34 to a suction line 36. An instant gas line 48 connects the gas portion of the receiver 18 via an instant gas throttling device 50 to a return line 46 and / or via an instantaneous gas return line 52 to a compressor 8 in compressor installation 4.

В холодильной схеме 2, как показано в настоящем варианте осуществления, регулирующий вентиль 12 служит в качестве промежуточного дросселирующего устройства для расширения охлажденного хладагента высокого давления до уровня промежуточного давления внутри ресивера 18. Как правило, при работе выпускаемый хладагент в линиях 38 высокого давления имеет относительно высокое давление и высокую температуру. Уровень высокого давления в типичной холодильной схеме CO₂ может быть до 120 бар и обычно составляет приблизительно от 40 до 100 бар, и предпочтительно свыше 75 бар в летнем режиме, и от 40 до 70 бар, и предпочтительно приблизительно 45 бар в зимнем режиме. Уровень промежуточного давления обычно не зависит от летнего и зимнего режима и находится между приблизительно 30 и 40 барами и предпочтительно составляет 36 бар. Также давление во всасывающей линии 36 обычно не зависит от летнего и зимнего режима и обычно находится между 25 и 35 барами и предпочтительно составляет 28 бар.In the refrigeration circuit 2, as shown in the present embodiment, the control valve 12 serves as an intermediate throttling device for expanding the cooled high pressure refrigerant to an intermediate pressure level inside the receiver 18. Typically, during operation, the refrigerant discharged in the high pressure lines 38 is relatively high pressure and heat. The high pressure level in a typical CO ₂ refrigeration circuit can be up to 120 bar and is usually from about 40 to 100 bar, and preferably above 75 bar in summer mode, and from 40 to 70 bar, and preferably about 45 bar in winter mode. The intermediate pressure level is usually independent of summer and winter conditions and is between approximately 30 and 40 bar and is preferably 36 bar. Also, the pressure in the suction line 36 is usually independent of summer and winter conditions and is usually between 25 and 35 bar and preferably 28 bar.

Устройство 16 управления принимает вводимую информацию через линии 54 и/или 56. Например, линия 54 может обеспечивать информацию о температуре хладагента у выпускного отверстия 14 отводящего тепло теплообменника 10, а сигнальная линия 56 может обеспечивать информацию о давлении. Дополнительная линия 58 управления обеспечивает управляющие сигналы для регулирующего вентиля 12. Управляющие сигналы могут представлять собой желательный уровень давления, который должен поддерживать регулирующий вентиль 12 в случае вентиля регулирования давления. В качестве альтернативы управляющие сигналы указывают состояние открытия регулирующего вентиля 12, то есть состояние открытия на х%, где х% находится между 0% (вентиль закрыт) и 100% (вентиль полностью открыт). Устройство 16 управления рассчитывает на основании соответствующей информации, подобной температуре, характеристикам хладагента и т.д., соответствующее управляющее давление, зависящее от эксплуатационного режима, и обеспечивает соответствующую информацию для регулирующего вентиля 12, чтобы поддерживать правильный уровень давления в выпускной линии 40 теплообменника.The control device 16 receives input via lines 54 and / or 56. For example, line 54 can provide information about the temperature of the refrigerant at the outlet 14 of the heat-removing heat exchanger 10, and the signal line 56 can provide pressure information. An additional control line 58 provides control signals for the control valve 12. The control signals may be the desired pressure level that the control valve 12 must maintain in the case of the pressure control valve. Alternatively, the control signals indicate the opening state of the control valve 12, that is, the opening state at x%, where x% is between 0% (valve closed) and 100% (valve fully open). The control device 16 calculates, based on relevant information, such as temperature, refrigerant characteristics, etc., the corresponding control pressure, which depends on the operating mode, and provides relevant information for the control valve 12 to maintain the correct pressure level in the exhaust line 40 of the heat exchanger.

На фиг.2 изображена р-Т-диаграмма для хладагента СO₂ у выпускного отверстия 14 отводящего тепло теплообменника и регулирующего вентиля 12, соответственно. На фиг.2, в частности, с помощью искусственной линии 60 показано критическое давление при давлении 73,8 бара хладагента СO₂, а с помощью искусственной линии 62 - его критическая температура, составляющая 31,1°С. Пересечение искусственных линий 60 и 62 в общем упоминается как "критическая точка". Кривые 64, 66, 68, 70, 72, 74 и 76 показывают желательное давление хладагента, зависящее от температуры. В частности, кривая 66 является линией давления насыщения хладагента СО₂ с кривыми 68, 70, 72, 74 и 76, являющимися соответствующими кривыми, но с недогревом на 2 градуса Кельвина (= кривой 68), на 4 градуса Кельвина (= кривой 70), на 6 градусов Кельвина (= кривой 72), на 8 градусов Кельвина (= кривой 74) и на 10 градусов Кельвина (= кривой 76), по сравнению с кривой 66 давления насыщения. Кривая 64, с другой стороны, указывает теоретическую величину давления в суперкритическом состоянии хладагента для получения оптимального КПД (коэффициента полезного действия) в зависимости от температуры хладагента.Figure 2 shows a p-T diagram for CO ₂ refrigerant at the outlet 14 of the heat-removing heat exchanger and control valve 12, respectively. Figure 2, in particular, using an artificial line 60 shows the critical pressure at a pressure of 73.8 bar of CO ₂ refrigerant, and using an artificial line 62 its critical temperature of 31.1 ° C. The intersection of the artificial lines 60 and 62 is generally referred to as a “critical point”. Curves 64, 66, 68, 70, 72, 74, and 76 show the desired temperature dependent refrigerant pressure. In particular, curve 66 is the saturation pressure line of the CO ₂ refrigerant with curves 68, 70, 72, 74, and 76, which are the corresponding curves, but with a temperature of 2 degrees Kelvin (= curve 68), 4 degrees Kelvin (= curve 70) , 6 degrees Kelvin (= curve 72), 8 degrees Kelvin (= curve 74) and 10 degrees Kelvin (= curve 76), compared to curve 66 of the saturation pressure. Curve 64, on the other hand, indicates the theoretical pressure in the supercritical state of the refrigerant to obtain the optimum efficiency (efficiency) depending on the temperature of the refrigerant.

Можно отметить, что кривая 64 для суперкритического давления экстраполируется от суперкритической области в субкритическую область в левую сторону, в то время как кривые 66, 68, 70, 72, 74, 76 для субкритического давления экстраполируются в суперкритическую область. В частности, кривые 66-76 субкритического давления не имеют никакого физического значения вне критической точки, и в частности, выше критического давления. Эта ситуация является аналогичной для экстраполяции кривой 64 суперкритического давления в субкритическую область.It can be noted that curve 64 for supercritical pressure is extrapolated from the supercritical region to the subcritical region to the left, while curves 66, 68, 70, 72, 74, 76 for subcritical pressure are extrapolated to the supercritical region. In particular, curves 66-76 of subcritical pressure have no physical value outside the critical point, and in particular, above the critical pressure. This situation is similar for extrapolating the supercritical pressure curve 64 to the subcritical region.

Как можно видеть, кривая 64 для суперкритического давления и кривая 66 для давления насыщения в субкритической области не пересекаются в критической точке или около критической точки. Таким образом, если управление субкритическим давлением выполняется на основании кривой 66 около критической точки, а управление суперкритическим давлением выполняется на основании кривой 64 в суперкритической области около критической точки, имеется существенный промежуток давления, составляющий почти 10 бар, таким образом, чтобы при изменении температуры хладагента относительно критической температуры в 31,1°С будет происходить скачок давления назад и вперед между субкритическим давлением и суперкритическим давлением, приводя к нарушению непрерывности управления. Хотя для других температур недогрева, например для недогрева на 2 градуса Кельвина или для недогрева на 4 градуса Кельвина, пересечение между кривыми 70, 72 субкритического давления и кривой 64 суперкритического давления передвигается к переходу от субкритической к суперкритической области, тем не менее такое нарушение непрерывности существует.As can be seen, curve 64 for supercritical pressure and curve 66 for saturation pressure in the subcritical region do not intersect at or near the critical point. Thus, if subcritical pressure is controlled based on curve 66 near the critical point, and supercritical pressure is controlled based on curve 64 in the supercritical region near the critical point, there is a substantial pressure gap of almost 10 bar, so that when the refrigerant temperature changes relative to a critical temperature of 31.1 ° C, a pressure jump will occur back and forth between subcritical pressure and supercritical pressure, leading to eniyu management continuity. Although for other temperatures of underheating, for example, for underheating by 2 degrees Kelvin or for underheating by 4 degrees Kelvin, the intersection between curves 70, 72 of subcritical pressure and curve 64 of supercritical pressure moves to the transition from subcritical to supercritical region, nevertheless, such a discontinuity exists .

Чтобы решить эту проблему нарушения непрерывности управления, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения определяется граничная область рядом с переходом между субкритической и суперкритической областями. Граничная область может быть определена между конкретными температурными величинами. Также можно определять граничную область как область между конкретными величинами давления. Ширина такой граничной области зависит от конкретных кривых, хладагента, величины недогрева и т.д. и может также зависеть от конкретного способа определения давления непрерывности, то есть интерполяции, выбора более высокой величины давления и т.д. Типичная ширина граничной области может находиться между 2 и 10 градусами Кельвина. В частности, в случае пересечения между кривой субкритического давления и кривой суперкритического давления рядом с критическим давлением нет никакой необходимости фактически определять пределы граничного режима. В таком случае можно использовать кривую субкритического давления в температурном диапазоне ниже точки пересечения и кривой суперкритического давления, когда температура находится выше точки пересечения.In order to solve this problem of control disruption, in accordance with an embodiment of the present invention, a boundary region is determined next to the transition between the subcritical and supercritical regions. The boundary region can be defined between specific temperature values. You can also define the boundary region as the region between specific pressure values. The width of such a boundary region depends on the specific curves, the refrigerant, the amount of underheating, etc. and may also depend on the specific method for determining the continuity pressure, i.e. interpolation, selecting a higher pressure value, etc. A typical width of the boundary region may be between 2 and 10 degrees Kelvin. In particular, in the case of intersection between the subcritical pressure curve and the supercritical pressure curve near the critical pressure, there is no need to actually determine the limits of the boundary regime. In this case, you can use the subcritical pressure curve in the temperature range below the intersection point and the supercritical pressure curve when the temperature is above the intersection point.

Например, если кривая 72 субкритического давления (недогрев на 4 градуса Кельвина) и кривая 64 суперкритического давления используются для управления высоким давлением у выпускного отверстия 14 отводящего тепло теплообменника, точка пересечения между этими кривыми будет слегка ниже критической температуры, приблизительно при 30,7°С, и управление регулирующим вентилем 12 будет выполняться на основании более высокой величины для субкритического давления и суперкритического давления, то есть на основании кривой 72 субкритического давления для температур ниже 30,7°С и на основании кривой 64 суперкритического давления для температур выше такой величины.For example, if the subcritical pressure curve 72 (underheating by 4 degrees Kelvin) and the supercritical pressure curve 64 are used to control the high pressure at the outlet 14 of the heat-removing heat exchanger, the intersection point between these curves will be slightly lower than the critical temperature, at about 30.7 ° C , and control of the control valve 12 will be performed based on a higher value for the subcritical pressure and supercritical pressure, i.e. based on the subcritical pressure curve 72 for temperatures below 30,7 ° C, and on the basis of the supercritical pressure curve 64 for temperatures above such a value.

В качестве альтернативного примера, если регулирование давления необходимо обеспечивать на основании кривой 76 субкритического давления (недогрев на 10 градусов Кельвина) в субкритической области и кривой 64 суперкритического давления в суперкритической области, очевидно, что нет никакого пересечения между такими кривыми, насколько они показаны на фиг.2. Пересечение может быть существенно выше критической температуры. В таком случае определение "давления непрерывности" на основании "способа более высокой кривой" не может быть функциональным. Вместо этого может использоваться альтернативный способ интерполяции. С этой целью граничная область может быть определена, например, между 28 и 33°С, а кривая 78 давления непрерывности может быть установлена между точками 80 и 82 пересечения кривой 76 с нижним пределом граничной области и точкой 82 пересечения между кривой 64 и верхним пределом граничной области (фиг.3). Следует отметить, что в примере на фиг.3 верхний и нижний пределы граничной области выбраны случайно. Также могут использоваться другие пределы граничной области. В этом примере, как показано на фиг.3, кривая 78 давления непрерывности является прямой линией между точками 80 и 82 пересечения.As an alternative example, if pressure control is necessary based on a subcritical pressure curve 76 (underheating by 10 degrees Kelvin) in the subcritical region and a supercritical pressure curve 64 in the supercritical region, it is obvious that there is no intersection between such curves as shown in FIG. .2. The intersection can be significantly higher than the critical temperature. In this case, the definition of “continuity pressure” based on the “higher curve method” cannot be functional. Instead, an alternative interpolation method may be used. For this purpose, the boundary region can be defined, for example, between 28 and 33 ° C, and the continuity pressure curve 78 can be established between the intersection points 80 and 82 of curve 76 with the lower limit of the boundary region and the intersection point 82 between curve 64 and the upper boundary of the boundary area (figure 3). It should be noted that in the example of FIG. 3, the upper and lower limits of the boundary region are randomly selected. Other boundaries may also be used. In this example, as shown in FIG. 3, the continuity pressure curve 78 is a straight line between the intersection points 80 and 82.

Таким образом, в соответствии с вариантами осуществления изобретения, как представлено в данном описании, может быть достигнуто непрерывное регулирование высоким давлением хладагента у выпускного отверстия отводящего тепло теплообменника 10.Thus, in accordance with embodiments of the invention, as presented herein, continuous control of the high pressure of the refrigerant at the outlet of the heat-removing heat exchanger 10 can be achieved.

Claims

1. A method for controlling a periodically functioning supercritical refrigeration circuit (2) for pumping refrigerant in a predetermined flow direction, comprising a compressor in the flow direction, a heat-removing heat exchanger (10), a control valve (12) connected to an outlet (14) of the heat-transferring heat exchanger (10), and a control device (16) for controlling the control valve (12), the method comprising the following steps:
(a) in subcritical mode, controlling the control valve (12) so as to maintain a predetermined “subcritical pressure” providing a predetermined undercooling of the liquid refrigerant at the outlet (14) of the heat-removing heat exchanger (10),
(b) in supercritical mode, controlling the control valve (12) so as to maintain a predetermined “supercritical pressure” that is optimized to obtain optimal efficiency, supercritical refrigerant at the outlet (14) of the heat-removing heat exchanger (10), and
(c) in the boundary mode, in the boundary region adjacent to the critical point, control of the control valve (12) depending on the “continuity pressure”, which is determined on the basis of a predetermined “subcritical pressure” and a predetermined “supercritical pressure” stages ( a) and (b).

2. The method according to claim 1, wherein the continuity pressure is determined in step (c) by determining “subcritical pressure” and “supercritical pressure” for a particular operational state in accordance with steps (a) and (b) and selecting a higher pressure from “Subcritical pressure” and “supercritical pressure”.

3. The method according to claim 1, in which the continuity pressure is determined in step (c) based on interpolation for pressure values within the boundary region between “subcritical pressure” at the lower limit of the boundary region and “supercritical pressure” at the upper limit of the boundary region.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which step (a) comprises determining “subcritical pressure” based on the temperature and the saturation pressure line of the refrigerant and taking into account the refrigerant underheating compared to the saturation pressure.

5. The method according to claim 4, in which the refrigerant underheating in comparison with the saturation pressure is up to 10K and is preferably between 6K and 2K between underheating.

6. The method according to any one of claims 1 to 3, in which step (b) comprises determining “supercritical pressure” based on the temperature of the refrigerant so that the efficiency of the refrigeration circuit (2) is essentially at an optimal value.

7. The method according to claim 4, in which stage (b) includes determining "supercritical pressure" based on the temperature of the refrigerant so that the efficiency of the refrigeration circuit (2) is essentially at an optimal value.

8. The method according to claim 5, in which stage (b) includes determining "supercritical pressure" based on the temperature of the refrigerant so that the efficiency of the refrigeration circuit (2) is essentially at an optimal value.

9. The method according to any one of claims 1 to 3, in which the control valve (12) is a pressure control valve and in which, depending on the operating mode, the corresponding one of “subcritical pressure”, “continuity pressure” and “supercritical pressure” controls the operation pressure regulating valve.

10. The method according to claim 4, in which the control valve (12) is a pressure control valve and in which, depending on the operating mode, the corresponding one of “subcritical pressure”, “continuity pressure” and “supercritical pressure” controls the operation of the pressure control valve.

11. The method according to claim 5, in which the control valve (12) is a pressure control valve and in which, depending on the operating mode, the corresponding one of “subcritical pressure”, “continuity pressure” and “supercritical pressure” controls the operation of the pressure control valve.

12. The method according to claim 6, in which the control valve (12) is a pressure control valve and in which, depending on the operating mode, the corresponding one of “subcritical pressure”, “continuity pressure” and “supercritical pressure” controls the operation of the pressure control valve.

13. The method according to claim 7, in which the control valve (12) is a pressure control valve and in which, depending on the operating mode, the corresponding one of “subcritical pressure”, “continuity pressure” and “supercritical pressure” controls the operation of the pressure control valve.

14. The method according to claim 8, in which the control valve (12) is a pressure control valve and in which, depending on the operating mode, the corresponding one of “subcritical pressure”, “continuity pressure” and “supercritical pressure” controls the operation of the pressure control valve.

15. A refrigeration circuit (2) for pumping refrigerant in a predetermined flow direction, comprising a compressor in the flow direction, a heat-removing heat exchanger (10), a control valve (12) connected to an outlet (14) of the heat-removing heat exchanger (10), and control device (16) configured to control a control valve (12)
(a) in a subcritical mode so as to maintain a predetermined “subcritical pressure” providing a predetermined undercooling of the liquid refrigerant at the outlet (14) of the heat-removing heat exchanger (10),
(b) in supercritical mode so as to maintain a predetermined “supercritical pressure” that is optimized for optimal efficiency, supercritical refrigerant at the outlet (14) of the heat-removing heat exchanger (10), and
(c) in the boundary regime in the boundary region adjacent to the critical point, depending on the “continuity pressure”, which is determined based on the predetermined “subcritical pressure” and the predetermined “supercritical pressure” (a) and (b).

16. The refrigeration circuit (2) according to claim 15, wherein the control valve (12) is a pressure control valve.

17. The refrigeration circuit (2) according to claim 15 or 16, wherein the control device (16) is integrated with a control valve (12).

18. A cooling device comprising a refrigeration circuit (2) according to claim 15 or 16.

19. A cooling device comprising a refrigeration circuit (2) according to claim 17.