RU2432531C2 - Cooler unit and procedure for circulation of cooling fluid medium in it - Google Patents
Cooler unit and procedure for circulation of cooling fluid medium in it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2432531C2 RU2432531C2 RU2009147446/06A RU2009147446A RU2432531C2 RU 2432531 C2 RU2432531 C2 RU 2432531C2 RU 2009147446/06 A RU2009147446/06 A RU 2009147446/06A RU 2009147446 A RU2009147446 A RU 2009147446A RU 2432531 C2 RU2432531 C2 RU 2432531C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- cooling fluid
- main
- fluid
- branch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к холодильному устройству, в частности к промышленным холодильным установкам, а также к бытовым системам кондиционирования воздуха и к способу циркуляции в них охлаждающей текучей среды.The invention relates to a refrigeration device, in particular to industrial refrigeration units, as well as to domestic air conditioning systems and to a method for circulating a cooling fluid therein.
Уровень техникиState of the art
Обычно устройство для циркуляции охлаждающей текучей среды содержит компрессор, предназначенный для сжатия газообразного хладагента с целью повышения его температуры и давления; конденсатор, выполненный с возможностью конденсации сжатого газообразного хладагента с последующим преобразованием его в жидкое состояние и отдачей теплоты во внешнюю среду; расширительный блок, например капиллярную трубку или изоэнтальпический дроссельный клапан, предназначенный для понижения температуры и давления хладагента; и испаритель, который поглощает теплоту из внешней среды, охлаждая ее, и передает эту теплоту поступающей из расширительного блока охлаждающей текучей среде с низкой температурой и давлением, при этом текучая среда переходит из жидкого состояния в газообразное.Typically, a device for circulating a cooling fluid comprises a compressor for compressing gaseous refrigerant to increase its temperature and pressure; a condenser configured to condense the compressed gaseous refrigerant, followed by converting it to a liquid state and transferring heat to the external environment; an expansion unit, such as a capillary tube or an isentalpic butterfly valve, designed to lower the temperature and pressure of the refrigerant; and an evaporator that absorbs heat from the external medium, cooling it, and transfers this heat to the cooling fluid coming from the expansion unit with a low temperature and pressure, while the fluid changes from a liquid to a gaseous state.
За последние годы было предпринято много попыток повысить рабочие характеристики холодильных устройств. Некоторые из них натолкнулись на препятствия технологического характера, которые поставили под сомнение их осуществимость, а другие попытки привели к повышению эффективности, однако при этом существенно усложнили установку. Например, установки двухстадийного сжатия, где наличие двух независимых компрессоров влечет за собой проблемы балансировки нагрузок и усложнение управления всей установкой.In recent years, many attempts have been made to improve the performance of refrigeration units. Some of them came across technological obstacles that called into question their feasibility, while other attempts led to increased efficiency, but at the same time significantly complicated the installation. For example, a two-stage compression installation, where the presence of two independent compressors entails load balancing problems and complicates the management of the entire installation.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является устранение или, по меньшей мере, уменьшение упомянутых выше недостатков путем создания холодильного устройства и способа циркуляции в нем холодильной текучей среды, в которых повышена эффективность.The objective of the invention is to eliminate or at least reduce the above-mentioned disadvantages by creating a refrigeration device and a method for circulating a refrigerating fluid in it, in which the efficiency is increased.
Первым объектом изобретения является холодильное устройство, содержащее основной компрессор, конденсатор, расположенный по потоку после основного компрессора и сообщенный с ним по текучей среде, основное расширительное средство, расположенное по потоку после конденсатора, и испаритель, расположенный по потоку после основного расширительного средства и сообщенный с ним по текучей среде, которое согласно изобретению содержит турбокомпрессорный блок, установленный между испарителем и основным компрессором, и по меньшей мере один теплообменник, имеющий горячую ветвь, соединенную сверху по потоку посредством подводящей линии с конденсатором, а снизу по потоку - посредством отводящей линии с основным расширительным средством, и холодную ветвь, соединенную сверху по потоку с расширительным средством, установленным на ответвлении подводящей линии, а снизу по потоку - с турбинным участком турбокомпрессорного блока.The first object of the invention is a refrigeration device comprising a main compressor, a condenser located downstream of the main compressor and in fluid communication with it, a main expansion means located downstream of the condenser, and an evaporator located downstream of the main expansion means and in communication with him fluid, which according to the invention contains a turbocompressor unit installed between the evaporator and the main compressor, and at least one heat an exchanger having a hot branch connected upstream by means of a supply line with a condenser, and downstream by means of a discharge line with a main expansion means, and a cold branch connected upstream with an expansion means mounted on a branch of the supply line and from below flow - with the turbine section of the turbocompressor unit.
Другим объектом изобретения является способ циркуляции охлаждающей текучей среды в устройстве согласно изобретению, включающийAnother object of the invention is a method for circulating a cooling fluid in a device according to the invention, comprising
сжатие охлаждающей текучей среды в основном компрессоре;compressing the cooling fluid in the main compressor;
конденсацию текучей среды в конденсаторе, расположенном по потоку после основного компрессора и сообщенном с ним по текучей среде;condensation of a fluid in a condenser located downstream of the main compressor and in fluid communication with it;
расширение текучей среды в основном расширительном средстве, расположенном по потоку после конденсатора;expansion of the fluid in a primary expansion means located downstream of the condenser;
испарение текучей среды в испарителе, расположенном по потоку после основного расширительного средства и сообщенном с ним по текучей среде,evaporation of a fluid in an evaporator located downstream of the main expansion means and in fluid communication with it,
в котором согласно изобретениюin which according to the invention
- между этапом конденсации и этапом расширения имеется по меньшей мере один этап, на котором осуществляют теплообмен внутри по меньшей мере одного теплообменника между сжатой охлаждающей текучей средой, протекающей по горячей ветви теплообменника, и соответствующим количеством сжатой охлаждающей текучей среды, отводимой по потоку перед теплообменником, охлажденной внутри расширительного средства и протекающей внутри холодной ветви теплообменника; а- between the condensation step and the expansion step, there is at least one step in which heat is exchanged inside at least one heat exchanger between the compressed cooling fluid flowing along the hot branch of the heat exchanger and the corresponding amount of compressed cooling fluid flow downstream of the heat exchanger, cooled inside the expansion means and flowing inside the cold branch of the heat exchanger; but
- между этапом основного расширения и этапом основного сжатия имеется этап, на котором осуществляют предварительное сжатие охлаждающей текучей среды внутри турбокомпрессорного блока, причем этап предварительного сжатия включает по меньшей мере один этап, на котором расширяют внутри по меньшей мере одного турбинного участка турбокомпрессорного блока отводимую охлаждающую текучую среду, покидающую холодную ветвь теплообменника.- between the main expansion step and the main compression step, there is a step in which the cooling fluid is pre-compressed inside the turbocompressor unit, the pre-compression step includes at least one step in which the extracted cooling fluid is expanded inside at least one turbine section of the turbocompressor unit environment leaving the cold branch of the heat exchanger.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Особенности и преимущества изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания предпочтительного неограничивающего варианта осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.Features and advantages of the invention will be more apparent from the following detailed description of a preferred non-limiting embodiment of the invention with reference to the accompanying drawings.
На фиг.1 показано известное холодильное устройство;Figure 1 shows a known refrigeration device;
на фиг.2 - диаграмма «давление - энтальпия» для охлаждающей текучей среды, циркулирующей внутри устройства, показанного на фиг.1;figure 2 is a diagram of "pressure - enthalpy" for the cooling fluid circulating inside the device shown in figure 1;
на фиг.3 - устройство согласно изобретению;figure 3 - the device according to the invention;
на фиг.4 - диаграмма «давление - энтальпия» для охлаждающей текучей среды, циркулирующей внутри устройства, показанного на фиг.3.figure 4 is a diagram of "pressure - enthalpy" for the cooling fluid circulating inside the device shown in figure 3.
На прилагаемых чертежах идентичные или аналогичные части и компоненты обозначены одними и теми же ссылочными позициями.In the accompanying drawings, identical or similar parts and components are denoted by the same reference numerals.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
На фиг.1 и 2 показаны холодильное устройство 10 традиционного типа для замораживания пищевых продуктов и диаграмма «р-h» («давление - энтальпия») для циркулирующей внутри него текучей среды, соответственно. Как показано на фиг.1, устройство 10 содержит компрессор 12; конденсатор 14, сообщенный по текучей среде с компрессором 12; изоэнтальпический дроссельный клапан 16, сообщенный по текучей среде с конденсатором 14; и испаритель, сообщенный по текучей среде с дроссельным клапаном 16, расположенным по потоку перед ним, и с компрессором 12, расположенным по потоку после него.Figures 1 and 2 show a conventional
Охлаждающая текучая среда, например фреон, поступает в компрессор 12 в виде перегретого пара с низкой температурой и давлением, например -35°С и 1,33 бара (точка 1* на диаграмме «р-h»), сжимается в компрессоре и поступает в конденсатор 14 с высоким давлением и температурой, например +65°С и 16 бар (точка 2* на диаграмме «р-h»). Внутри конденсатора 14 текучая среда охлаждается, переходя из состояния перегретого пара (точка 2*) в жидкое состояние (точка 3* на диаграмме «р-h») и высвобождая в окружающую среду количество теплоты qout. Покидающая конденсатор 14 охлаждающая текучая среда в жидком состоянии расширяется, проходя через изоэнтальпический дроссельный клапан 16, и ее давление снижается, при этом не происходит теплообмен с внешней средой (изоэнтальпическое превращение). Текучая среда, покидающая дроссельный элемент (точка 4* на диаграмме «р-h»), поступает в испаритель, где она переходит из жидкого состояния в состояние перегретого пара (точка 1* на диаграмме «р-h»), поглощая количество теплоты qin из внешней среды.A cooling fluid, such as freon, enters the
Согласно фиг.3, на которой показан предпочтительный вариант осуществления изобретения, устройство 100 для циркуляции охлаждающей текучей среды содержит компоненты традиционного холодильного устройства, а именно основной конденсатор 140, основное расширительное средство, такое как основной изоэнтальпический дроссельный клапан 170, испаритель 180 и основной компрессор 190.According to FIG. 3, which shows a preferred embodiment of the invention, the cooling fluid circulation device 100 comprises components of a conventional refrigeration device, namely a main condenser 140, a main expansion means, such as a main isoenthalic butterfly valve 170, an evaporator 180, and a main compressor 190 .
Вышеупомянутое традиционное устройство дополнено некоторыми компонентами, условно заключенными внутри модуля, выделенного пунктирными линиями на фиг.3, который содержит первый и второй теплообменники 150, 152, соответственно, например пластинчатые или трубчатые, обычно используемые в области холодильного оборудования, расположенные последовательно между конденсатором 140 и основным дроссельным клапаном 170, и турбокомпрессорный блок 160, расположенный между основным компрессором 190 и испарителем 180 и имеющий компрессорный участок 166, а также первый и второй турбинные участки 162, 164, в которые охлаждающая текучая среда поступает с выхода каждого теплообменника 150, 152, соответственно.The aforementioned conventional device is supplemented with some components, conditionally enclosed inside a module, indicated by dashed lines in Fig. 3, which contains the first and second heat exchangers 150, 152, respectively, for example, plate or tubular, usually used in the field of refrigeration equipment, located in series between the condenser 140 and main throttle valve 170, and a turbocharger unit 160 located between the main compressor 190 and the evaporator 180 and having a compressor section 166, as well as first and second turbine sections 162, 164, in which the cooling fluid flows from the output of each coil 150, 152, respectively.
Более конкретно, конденсатор 140 посредством подводящей линии 145 соединен с контуром для охлаждающей текучей среды с более высокой температурой, именуемым ниже как «горячая ветвь» 150с первого теплообменника 150. От подводящей линии 145 ответвляется линия 146, которая содержит первое расширительное средство, например первый дроссельный клапан 142, который ведет в контур для охлаждающей текучей среды с более низкой температурой, именуемый ниже как «холодная ветвь» 150f первого теплообменника 150. Выход горячей ветви 150с первого теплообменника 150 посредством соединительной линии 147 соединен с входом контура для охлаждающей текучей среды с более высокой температурой, именуемого ниже как «горячая ветвь» 152с второго теплообменника 152, а выход холодной ветви 150f первого теплообменника 150 соединен с входом первого турбинного участка 162 турбокомпрессорного блока 160.More specifically, the condenser 140 is connected via a supply line 145 to a higher temperature cooling fluid circuit, hereinafter referred to as a “hot branch” 150c of the first heat exchanger 150. A line 146 branches off from the supply line 145, which comprises a first expansion means, for example, a first throttle a valve 142 that leads to a lower temperature cooling fluid circuit, hereinafter referred to as a “cold branch” 150f of the first heat exchanger 150. The output of the hot branch 150c of the first heat exchanger 150 pos COROLLARY connecting line 147 is connected to the input circuit for refrigerating fluid at a higher temperature, referred to below as "hot branch" 152c of the second heat exchanger 152, and the outlet of the cold branch 150f of the first heat exchanger 150 is connected to the input of the first turbine portion 162 of the turbocompressor unit 160.
Линия 147, соединяющая друг с другом первый и второй теплообменники 150 и 152, имеет ответвление 148, снабженное вторым расширительным средством, например вторым дроссельным клапаном 144, который ведет в контур для охлаждающей текучей среды с более низкой температурой, именуемый ниже как «холодная ветвь» 152f второго теплообменника 152. Выход горячей ветви 152с второго теплообменника посредством отводящей линии 149 соединен с основным дроссельным клапаном 170, а выход холодной ветви 152f соединен с входом второго турбинного участка 164 турбокомпрессорного блока 160.The line 147 connecting the first and second heat exchangers 150 and 152 to each other has a branch 148 provided with a second expansion means, for example a second throttle valve 144, which leads to a circuit for a cooling fluid with a lower temperature, hereinafter referred to as a "cold branch" 152f of the second heat exchanger 152. The output of the hot branch 152c of the second heat exchanger via the discharge line 149 is connected to the main throttle valve 170, and the output of the cold branch 152f is connected to the input of the second turbine section 164 of the turbocharger about block 160.
Выход испарителя 180 соединен с входом компрессорного участка 166 турбокомпрессорного блока 160, выход которого сообщен по текучей среде с основным компрессором 190.The output of the evaporator 180 is connected to the input of the compressor section 166 of the turbocompressor unit 160, the output of which is in fluid communication with the main compressor 190.
Далее описан принцип работы устройства, соответствующего фиг.3, со ссылкой на диаграмму «р-h», показанную на фиг.4 и относящуюся к циркулирующей по устройству охлаждающей текучей среде. В частном рассматриваемом примере холодильное устройство используется для быстрого замораживания пищевых продуктов. С этой целью температура текучей среды, циркулирующей внутри устройства, изменяется от Tmin=-40°С до Tmax=63,7°С, а выбранная охлаждающая текучая среда представляет собой фреон. Понятно, что холодильное устройство согласно изобретению может иметь различные варианты применения, например, оно может использоваться для кондиционирования воздуха в жилых помещениях, так что в зависимости от подразумеваемого использования значения давления и температуры физических состояний 1-14, так же как и тип циркулирующей внутри устройства охлаждающей текучей среды будут соответствующим образом меняться.The following describes the principle of operation of the device corresponding to figure 3, with reference to the diagram "p-h" shown in figure 4 and related to the cooling fluid circulating through the device. In the particular example under consideration, a refrigeration device is used to quickly freeze food products. To this end, the temperature of the fluid circulating inside the device varies from T min = -40 ° C to T max = 63.7 ° C, and the selected cooling fluid is freon. It is clear that the refrigeration device according to the invention can have various applications, for example, it can be used for air conditioning in residential premises, so that depending on the intended use of the pressure and temperature of physical conditions 1-14, as well as the type of circulation inside the device the cooling fluid will change accordingly.
Охлаждающая текучая среда, обычно фреон, с температурой T5=35°С и давлением р5=16,1 бар (точка 5 на диаграмме «р-h»), а именно в состоянии равновесия жидкости/пара, вытекает из конденсатора 140. Часть охлаждающей текучей среды, вытекающей из конденсатора 140, именуемая ниже как первая отводимая часть s1, подается из линии 145 через ответвление 146 в первый изоэнтальпический дроссельный клапан 142, где она охлаждается до температуры, находящейся в диапазоне между максимальной температурой (Tmax=35°С) и минимальной температурой (Tmin=-35°С) цикла, предпочтительно до температуры Т9=7°С (точка 9 на диаграмме «р-h», р9=7,48 бар), затем первая отводимая часть s1 поступает в холодную ветвь 150f первого теплообменника 150, а оставшаяся часть 1-s1 охлаждающей текучей среды поступает непосредственно в горячую ветвь 150с теплообменника 150 при температуре Т5 и давлении р5.A cooling fluid, usually freon, with a temperature of T 5 = 35 ° C and a pressure of p 5 = 16.1 bar (point 5 in the "p-h" diagram), namely in the liquid / vapor equilibrium state, flows from the condenser 140. A portion of the cooling fluid flowing out of the condenser 140, hereinafter referred to as the first outlet portion s1, is supplied from line 145 via a branch 146 to the first isoanthalic throttle valve 142, where it is cooled to a temperature between the maximum temperature (T max = 35 ° C) and minimum temperature (T min = -35 ° C) of the cycle, preferred up to temperature Т 9 = 7 ° С (
Внутри первого теплообменника 150 часть охлаждающей текучей среды, находящейся в горячей ветви 150с, передает теплоту части охлаждающей текучей среды, находящейся в холодной ветви 150f, охлаждаясь от Т5=35°С до температуры Т6=12°С, и входя в зону недогретой жидкости на диаграмме «р-h» (точка 6; р6=16,1 бар), а часть охлаждающей текучей среды, находящейся в холодной ветви 150f, поглощает теплоту от части охлаждающей текучей среды, находящейся в горячей ветви 150с, нагреваясь от Т9=7°С до температуры Т10=12°С и входя в зону перегретого пара на диаграмме «р-h» (точка 10; р10=7,48 бар).Inside the first heat exchanger 150, a part of the cooling fluid located in the hot branch 150c transfers the heat of the part of the cooling fluid located in the cold branch 150f, cooling from T 5 = 35 ° C to a temperature of T 6 = 12 ° C, and entering the unheated zone liquid in the p-h diagram (
После первого по потоку теплообменника 150 отводится второе количество охлаждающей текучей среды, так что часть s2 недогретой жидкости, покидающая горячую ветвь 150с, проходит через второй изоэнтальпический дроссельный клапан 144, где она дополнительно охлаждается от температуры Т6=12°С до температуры Т12=-17°С (точка 12 на диаграмме «р-h»; p12=3,38 бар), и затем поступает в холодную ветвь 152f второго теплообменника 152, а оставшаяся часть 1-s1-s2 охлаждающей текучей среды, покидающая теплообменник 150, поступает в горячую ветвь 152с второго теплообменника 152 при температуре Т6 и давлении р6.After the first downstream heat exchanger 150, a second amount of cooling fluid is discharged, so that part s2 of the unheated liquid leaving the hot branch 150c passes through the second isoenthalic throttle valve 144, where it is additionally cooled from temperature T 6 = 12 ° C to temperature T 12 = -17 ° C (
Внутри второго теплообменника 152 часть охлаждающей текучей среды, находящейся в горячей ветви 152с, отдает теплоту части охлаждающей текучей среды, находящейся в холодной ветви 152f, охлаждаясь от Т6=12°С до температуры Т7=-12°С и перемещаясь дальше налево на диаграмме, показанной на фиг.4, в зону недогретой жидкости (точка 7 на диаграмме «р-h»; p7=16,1 бар), а часть охлаждающей текучей среды, находящейся в холодной ветви 152f, поглощает теплоту от части охлаждающей текучей среды, находящейся в горячей ветви 152с, нагреваясь от Т12=-17°С до температуры T13=-12°С и входя в зону перегретого пара диаграммы «р-h» (точка 13; p13=3,38 бар).Inside the second heat exchanger 152, part of the cooling fluid located in the hot branch 152c gives off the heat of the part of the cooling fluid located in the cold branch 152f, cooling from T 6 = 12 ° C to a temperature of T 7 = -12 ° C and moving further left to the diagram shown in figure 4, in the zone of underheated liquid (
Каждая из отводимых частей s1, s2 охлаждающей текучей среды, покидающая теплообменники 150 и 152 в виде охлаждающей текучей среды в состоянии перегретого пара, вводится, соответственно, в первый и второй турбинный участок 162 и 164 турбокомпрессорного блока 160. Внутри первого турбинного участка 162 охлаждающая текучая среда расширяется, переходя из состояния с давлением р10=7,48 бар (Т10=12°С) в состояние с давлением р11=2,03 бар (Т11=-25°С). Аналогичным образом внутри второго турбинного участка 164 охлаждающая текучая среда расширяется, переходя из состояния с давлением р13=3,38 бар (Т13=-12°С) в состояние с давлением р14=2,3 бар (T14=-25,6°C).Each of the outlet parts s1, s2 of the cooling fluid leaving the heat exchangers 150 and 152 in the form of a cooling fluid in a superheated steam state is respectively introduced into the first and second turbine section 162 and 164 of the turbocompressor unit 160. Inside the first turbine section 162, a cooling fluid the medium expands, passing from the state with pressure p 10 = 7.48 bar (T 10 = 12 ° C) to the state with pressure p 11 = 2.03 bar (T 11 = -25 ° C). Similarly, inside the second turbine section 164, the cooling fluid expands, passing from a state with pressure p 13 = 3.38 bar (T 13 = -12 ° C) to a state with pressure p 14 = 2.3 bar (T 14 = -25 , 6 ° C).
Часть 1-s1-s2 охлаждающей текучей среды, покидающая горячую ветвь 152с второго теплообменника 152 (точка 7 на диаграмме «р-h»), поступает в основной дроссельный клапан 170, охлаждаясь от Т7=-12°С до температуры T8=-40°C (точка 8 на диаграмме «р-h»; р8=1,33 бар), и затем поступает в испаритель 180, где она переходит из состояния жидкость + пар в состояние перегретого пара (точка 1 на диаграмме «р-h»), поглощая из внешней среды количество теплоты Qin. Охлаждающая текучая среда в состоянии перегретого пара, покидающая испаритель 180, поступает в компрессорный участок 166 турбокомпрессорного блока 160.Part 1-s1-s2 of the cooling fluid leaving the hot branch 152c of the second heat exchanger 152 (
Компрессор 166, приводимый в действие турбинами 162 и 164, осуществляющими преобразование кинетической энергии отводимых частей s1 и s2 охлаждающей текучей среды в состоянии перегретого пара, подаваемых первым и вторым теплообменниками 150 и 152, в механическую энергию, выполняет предварительное сжатие охлаждающей текучей среды, подаваемой испарителем 180 (точка 3 на диаграмме «р-h»; Т3=-22,1°С, р3=2,03 бар) перед ее поступлением в основной компрессор 190.A compressor 166 driven by turbines 162 and 164 that convert the kinetic energy of the extracted coolant fluid s1 and s2 in superheated steam supplied by the first and second heat exchangers 150 and 152 into mechanical energy pre-compresses the coolant supplied by the evaporator 180 (
Этот этап предварительного сжатия обеспечивает значительные преимущества. Во-первых, поскольку механическая энергия создается отведенными частями s1 и s2, которые расширяются в турбинах 162 и 164, то не требуется использование внешнего источника энергии. Во-вторых, турбокомпрессорный блок 160 сжимает охлаждающую текучую среду, совершая работу LTC (фиг.4), когда текучая среда находится в состоянии максимального удельного объема, так что основной компрессор 190 не совершает эту часть работы, которая ввиду его конструктивных характеристик снижает его эффективность и, в особенности, его обрабатываемый массовый расход, с вытекающим из этого уменьшением электрической энергии, питающей сам компрессор. Кроме того, турбокомпрессорный блок 160 сообщен по текучей среде или соединен динамическим образом с основным компрессором 190 и может независимо приспосабливаться к различным режимам нагружения без помощи внешнего управления. Наконец, важно упомянуть тот факт, что охлаждение охлаждающей текучей среды, производимое в теплообменниках 150 и 152, вызывает увеличение рабочих характеристик испарителя 180, несмотря на то, что после отводов s1 и s2 происходит одновременное уменьшение потока охлаждающей жидкости в испаритель 180.This pre-compression step provides significant benefits. First, since mechanical energy is generated by the diverted parts s1 and s2, which expand in turbines 162 and 164, the use of an external energy source is not required. Secondly, the turbocompressor unit 160 compresses the cooling fluid by performing the L TC operation (FIG. 4) when the fluid is in the maximum specific volume state, so that the main compressor 190 does not perform this part of the work, which, due to its structural characteristics, reduces it efficiency and, in particular, its processed mass flow rate, with the resulting reduction in electrical energy supplying the compressor itself. In addition, the turbocompressor unit 160 is fluidly coupled or dynamically coupled to the main compressor 190 and can independently adapt to different loading conditions without external control. Finally, it is important to mention the fact that cooling of the cooling fluid in the heat exchangers 150 and 152 causes an increase in the performance of the evaporator 180, despite the fact that after the taps s1 and s2 there is a simultaneous decrease in the flow of coolant into the evaporator 180.
Охлаждающая текучая среда, предварительно сжатая в турбокомпрессорном блоке 160, поступает в основной компрессор 190, где она сжимается до давления р4=16,1 бар (точка 4 на диаграмме «р-h»; T4=63,7), и затем подается на вход конденсатора 140.The cooling fluid pre-compressed in the turbocompressor unit 160 enters the main compressor 190, where it is compressed to a pressure of p 4 = 16.1 bar (
Обнаружено, что в устройстве для циркуляции охлаждающей текучей среды согласно изобретению, в частности, с этапом предварительного сжатия, выполняемого турбокомпрессорным блоком, имеется возможность достижения холодильного коэффициента СОР, определяемого как отношение между теплотой Q, отобранной у источника более низкой температуры и составляющей созданное «количество холода», и работой L, затраченной на функционирование устройства для циркуляции охлаждающей текучей среды. Причем холодильный коэффициент устройства согласно изобретению больше холодильного коэффициента традиционных устройств, показанных на фиг.1 и 2.It has been found that in the device for circulating the cooling fluid according to the invention, in particular with the precompression step performed by the turbocompressor unit, it is possible to achieve the COP coefficient of cooling, defined as the ratio between the heat Q taken from the source of lower temperature and constituting the “quantity cold ”, and the work L spent on the operation of the device for circulating the cooling fluid. Moreover, the refrigeration coefficient of the device according to the invention is greater than the refrigeration coefficient of traditional devices shown in figures 1 and 2.
В частности, принимая давления отводимых частей s1 и s2, соответственно, р9=7,48 бар и р12=3,38 бар, минимальный перепад температуры в теплообменниках 150 и 152 ΔTmin=5°C, коэффициент полезного действия первого и второго турбинных участков 162 и 164 ηT=0,85, коэффициент полезного действия компрессорного участка 166 ηC=0,80 и коэффициент полезного действия основного компрессора 190 ηCP=0,75, были получены значения давления р, температуры Т и энтальпии h для физических состояний 1-14 на диаграмме «р-h» согласно фиг.4, приведенные в Таблице 1:In particular, taking the pressure of the outlet parts s1 and s2, respectively, p 9 = 7.48 bar and p 12 = 3.38 bar, the minimum temperature difference in the heat exchangers is 150 and 152 ΔT min = 5 ° C, the efficiency of the first and second turbine sections 162 and 164 η T = 0.85, the efficiency of the compressor section 166 η C = 0.80 and the efficiency of the main compressor 190 η CP = 0.75, the values of pressure p, temperature T and enthalpy h were obtained for physical states 1-14 in the diagram "p-h" according to figure 4, are shown in Table 1:
Холодильный коэффициент СОР определен как отношение теплоты Q, отбираемой у источника более низкой температуры, которая составляет созданное «количество холода», к работе L, затраченной на функционирование устройства для циркуляции охлаждающей текучей среды. В частности, холодильный коэффициент определен отношением теплоты Qin, отбираемой из внешней среды испарителем 180, к работе LCP, совершаемой основным компрессором 190, а именно:The COR refrigeration coefficient is defined as the ratio of the heat Q taken from the source of lower temperature, which is the created “amount of cold”, to the work L spent on the operation of the device for circulating the cooling fluid. In particular, the refrigeration coefficient is determined by the ratio of the heat Q in taken from the external medium by the evaporator 180 to the work L CP performed by the main compressor 190, namely:
Qin=(1-s1-s2)×(h1-h7)Q in = (1-s1-s2) × (h1-h7)
LCP=h4-h2.L CP = h4-h2.
Из чего, основываясь на значениях, показанных в Таблице 1, получаем следующее:From which, based on the values shown in Table 1, we obtain the following:
В приведенной ниже Таблице 2 показаны типичные значения давления, температуры и энтальпии охлаждающей текучей среды, циркулирующей в традиционном холодильном устройстве, относящемся к типу, показанному на фиг.1 и 2.The following Table 2 shows typical values of pressure, temperature and enthalpy of the cooling fluid circulating in a conventional refrigeration device of the type shown in figures 1 and 2.
Это дает qin=(h1-h4) и LCP=h2-h1, из чего, основываясь на значениях, приведенных в Таблице 2, получаем следующее:This gives q in = (h1-h4) and L CP = h2-h1, from which, based on the values given in Table 2, we obtain the following:
Выигрыш Δ в процентах от использования нового холодильного устройства по сравнению с холодильным устройством традиционного типа составляетThe gain Δ as a percentage of the use of a new refrigeration device compared to a traditional type refrigeration device is
Из приведенного выше описания видно, что холодильное устройство согласно изобретению, благодаря наличию турбокомпрессорного блока 160 и, как следствие, предварительного сжатия охлаждающей текучей среды, циркулирующей внутри устройства, перед основным компрессором 190 по потоку позволяет получить повышение производительности, равное приблизительно 30%, причем все это повышение не требует дополнительного подвода энергии, а использует механическую энергию одного или нескольких турбинных участков 162, 164 турбокомпрессорного блока 160, которую получают путем расширения одного или нескольких частей s1, s2 охлаждающей текучей среды, отводимых по потоку после конденсатора 140.From the above description it is seen that the refrigeration device according to the invention, due to the presence of a turbocompressor unit 160 and, as a result, pre-compression of the cooling fluid circulating inside the device, upstream of the main compressor 190 allows to obtain an increase in productivity of approximately 30%, and all this increase does not require additional energy supply, but uses the mechanical energy of one or more turbine sections 162, 164 of the turbocompressor unit 160, which obtained by expanding one or more parts s1, s2 of cooling fluid discharged downstream of the condenser 140.
Хотя изобретение описано со ссылкой на предпочтительный вариант его осуществления, специалисты в данной области техники поймут, что к нему можно применить многочисленные модификации и изменения, которые попадают в объем прилагаемой формулы изобретения. Например, вместо двух теплообменников и турбокомпрессорного блока с двумя турбинами можно использовать один теплообменник и турбокомпрессорный блок с одной турбиной. В этом конкретном случае теплообменник будет иметь горячую ветвь, соединяющую конденсатор и основной дроссельный клапан, и холодную ветвь, сообщенную по текучей среде с входом турбинного участка турбокомпрессора. Кроме того, вместо турбокомпрессорного блока, имеющего несколько турбинных участков, может быть несколько турбокомпрессоров, каждый из которых имеет один турбинный участок.Although the invention has been described with reference to a preferred embodiment, those skilled in the art will understand that numerous modifications and changes can be made to it that fall within the scope of the appended claims. For example, instead of two heat exchangers and a turbocompressor unit with two turbines, one heat exchanger and a turbocompressor unit with one turbine can be used. In this particular case, the heat exchanger will have a hot branch connecting the condenser and the main throttle valve, and a cold branch in fluid communication with the inlet of the turbine section of the turbocharger. In addition, instead of a turbocompressor unit having several turbine sections, there may be several turbocompressors, each of which has one turbine section.
Claims (7)
- осуществляют сжатие охлаждающей текучей среды в основном компрессоре (190);
- конденсируют текучую среду в конденсаторе (140), расположенном по потоку после основного компрессора (190) и сообщенном с ним по текучей среде;
- расширяют текучую среду в основном расширительном средстве (170), расположенном по потоку после конденсатора (140);
- испаряют текучую среду в испарителе (180), расположенном по потоку после основного расширительного средства (180) и сообщенном с ним по текучей среде;
отличающийся тем, что
- между этапом конденсации и этапом расширения имеется по меньшей мере один этап, на котором осуществляют теплообмен внутри по меньшей мере одного теплообменника (150, 152) между сжатой охлаждающей текучей средой, циркулирующей внутри горячей ветви (150с, 152с) теплообменника (150, 152), и соответствующим количеством (s1, s2) сжатой охлаждающей текучей среды, отводимой по потоку перед теплообменником, охлажденной внутри расширительного средства (142, 144) и текущей внутри холодной ветви (150f, 152f) теплообменника (150, 152); а
- между этапом основного расширения и этапом основного сжатия осуществляют предварительное сжатие охлаждающей текучей среды внутри турбокомпрессорного блока (160), причем этап предварительного сжатия включает по меньшей мере один этап, на котором расширяют внутри по меньшей мере одного турбинного участка (162, 166) турбокомпрессорного блока отводимое количество (s1, s2) охлаждающей текучей среды, покидающей холодную ветвь (150f, 152f) теплообменника (150, 152), при этом выпуск текучей среды из турбинного участка (162, 166) осуществляют по потоку после испарителя (180).6. A method of circulating a cooling fluid, comprising the steps of:
- carry out the compression of the cooling fluid in the main compressor (190);
- condensing the fluid in a condenser (140) located downstream of the main compressor (190) and in fluid communication with it;
- expand the fluid in the main expansion means (170) located downstream of the condenser (140);
- evaporate the fluid in the evaporator (180), located downstream after the main expansion means (180) and communicated with it through the fluid;
characterized in that
- between the condensation step and the expansion step, there is at least one step in which heat is exchanged inside at least one heat exchanger (150, 152) between the compressed cooling fluid circulating inside the hot branch (150c, 152c) of the heat exchanger (150, 152) and the corresponding amount (s1, s2) of compressed cooling fluid flow downstream of the heat exchanger cooled inside the expansion means (142, 144) and flowing inside the cold branch (150f, 152f) of the heat exchanger (150, 152); but
- between the main expansion step and the main compression step, the cooling fluid is pre-compressed inside the turbocompressor unit (160), the pre-compression step includes at least one step in which the inside of the at least one turbine section (162, 166) of the turbocompressor unit is expanded the withdrawn amount (s1, s2) of cooling fluid leaving the cold branch (150f, 152f) of the heat exchanger (150, 152), while the fluid is released from the turbine section (162, 166) downstream from the vapor of Tell (180).
- второй этап, на котором осуществляют теплообмен во втором теплообменнике (150), расположенном последовательно с по меньшей мере одним теплообменником (150), между охлаждающей текучей средой, покидающей горячую ветвь (150с) по меньшей мере одного теплообменника (150) и циркулирующей внутри горячей ветви (152с) второго теплообменника (152), и соответствующим количеством (s2) охлаждающей текучей среды, отведенной по потоку перед теплообменником (152), охлажденной в расширительном средстве (144) и циркулирующей в холодной ветви;
причем этап предварительного сжатия между этапом основного расширения и этапом основного сжатия снабжается энергией за счет расширения в первом и втором турбинных участках (162, 164) турбокомпрессорного блока (160) отведенных частей охлаждающей текучей среды от каждого теплообменника (150, 152). 7. The method according to claim 6, characterized in that it comprises after at least one heat exchange step carried out between the condensation step and the expansion step:
- the second stage, in which heat is exchanged in a second heat exchanger (150) located in series with at least one heat exchanger (150), between the cooling fluid leaving the hot branch (150c) of at least one heat exchanger (150) and circulating inside the hot branch (152c) of the second heat exchanger (152), and the corresponding amount (s2) of cooling fluid diverted downstream of the heat exchanger (152), cooled in the expansion means (144) and circulated in the cold branch;
moreover, the pre-compression stage between the main expansion stage and the main compression stage is supplied with energy by expanding in the first and second turbine sections (162, 164) of the turbocompressor unit (160) the allocated parts of the cooling fluid from each heat exchanger (150, 152).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009147446/06A RU2432531C2 (en) | 2007-05-22 | 2007-05-22 | Cooler unit and procedure for circulation of cooling fluid medium in it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009147446/06A RU2432531C2 (en) | 2007-05-22 | 2007-05-22 | Cooler unit and procedure for circulation of cooling fluid medium in it |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009147446A RU2009147446A (en) | 2011-06-27 |
RU2432531C2 true RU2432531C2 (en) | 2011-10-27 |
Family
ID=44738645
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009147446/06A RU2432531C2 (en) | 2007-05-22 | 2007-05-22 | Cooler unit and procedure for circulation of cooling fluid medium in it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2432531C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2658443C1 (en) * | 2014-06-04 | 2018-06-21 | Данфосс А/С | Electronic expansion valve and methods for calibration of electronic expansion valve |
RU2710441C2 (en) * | 2014-12-11 | 2019-12-26 | АНГЕЛАНТОНИ ТЕСТ ТЕКНОЛОДЖИЗ С.Р.Л., сокращённо АТТ С.Р.Л. | Refrigerating device |
-
2007
- 2007-05-22 RU RU2009147446/06A patent/RU2432531C2/en active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2658443C1 (en) * | 2014-06-04 | 2018-06-21 | Данфосс А/С | Electronic expansion valve and methods for calibration of electronic expansion valve |
US10197314B2 (en) | 2014-06-04 | 2019-02-05 | Danfoss A/S | Electronic expansion valve and methods for calibrating an electronic expansion valve |
RU2710441C2 (en) * | 2014-12-11 | 2019-12-26 | АНГЕЛАНТОНИ ТЕСТ ТЕКНОЛОДЖИЗ С.Р.Л., сокращённо АТТ С.Р.Л. | Refrigerating device |
RU2710441C9 (en) * | 2014-12-11 | 2020-02-06 | АНГЕЛАНТОНИ ТЕСТ ТЕКНОЛОДЖИЗ С.Р.Л., сокращённо АТТ С.Р.Л. | Refrigerating device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009147446A (en) | 2011-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2147265B8 (en) | Refrigerating device and method for circulating a refrigerating fluid associated with it | |
JP6466570B2 (en) | Compressed gas cooling method for compressor equipment and compressor equipment using this method | |
CN101939601B (en) | Refrigerating system and method for refrigerating | |
EP2150755A1 (en) | Co2 refrigerant system with booster circuit | |
JP2008541000A (en) | Heat pump device and fluid heating method | |
EP1733173A2 (en) | Multi-temperature cooling system | |
EP2488804B1 (en) | Heating device with irreversible thermodynamic cycle for heating installations having high delivery temperature | |
CN109269136B (en) | Air conditioning system | |
JP2012504221A (en) | Increase in capacity when pulling down | |
WO2014185525A1 (en) | Energy conversion system | |
KR101823469B1 (en) | High temperature hot water supply and heating and air conditioning system with partial load using dual cycle | |
RU2432531C2 (en) | Cooler unit and procedure for circulation of cooling fluid medium in it | |
KR101532781B1 (en) | Air conditioning system | |
KR101617394B1 (en) | Refrigeration cycle system with multi heat exchanger | |
CN112815578A (en) | High-temperature type gas heat pump system with mechanical supercooling function | |
CN109682104B (en) | Refrigerant circulation system and air conditioner | |
US20080184722A1 (en) | Method and apparatus for a refrigeration circuit | |
JP2017129320A (en) | Freezer | |
JP2010236833A (en) | Air heat source turbo heat pump and method for controlling the same | |
CN111141049A (en) | Cascade high temperature heat pump laboratory bench | |
KR100688166B1 (en) | Air conditioner | |
CN101076696B (en) | Refrigerating apparatus | |
KR100554566B1 (en) | Heat pump cycle for excessive low temperature | |
KR20090010398U (en) | . multi compressor system for cooling and heating system | |
CN108592435B (en) | Refrigerating system capable of realizing variable flow single-stage compression cycle and double-stage compression cycle |