RU2732947C2

RU2732947C2 - Thermal network interfacing device

Info

Publication number: RU2732947C2
Application number: RU2018130121A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Иванович ЗАЙНУЛИН
Original assignee: Сил Нэвитас Лимитэд
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2020-09-24
Also published as: GB2546529A; WO2017125716A1; EP3405725B1; EP3405725A1; GB2546529B; RU2018130121A; GB201601177D0; EP3405725C0; RU2018130121A3

Abstract

FIELD: refrigerating equipment.

SUBSTANCE: interconnection device (50) for heat network comprises heat exchanger (54) of interface device; plurality of coolant nozzles (58a, 58b, 58c and 60); plurality of shutoff valves (62a, 62b, 62c and 62d), configured to interact with heat network pipeline (120); and controller (56) connected to plurality of shutoff valves (62a, 62b, 62c and 62d). Multiple nozzles (58a, 58b, 58c and 60) of coolant sets at least two different flow channels for coolant passing through heat exchanger (54) of interface device. At least two different flow channels for coolant are selectively activated by controller (56) controlling state of multiple shutoff valves (58a, 58b, 58c and 60).

EFFECT: technical result is higher efficiency of refrigerating system.

17 cl, 7 dwg

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретениеThe technical field to which the present invention relates

Настоящее изобретение относится к устройству сопряжения, предназначенному для использования с любой отдельной парокомпрессионной холодильной системой в составе тепловой сети. Настоящее изобретение также относится к холодильной системе, предназначенной для подачи охлажденной среды в заданное место, способу обеспечения многорежимного отвода тепла из холодильной системы и способу повышения производительности по холоду.The present invention relates to an interface device for use with any separate vapor compression refrigeration system within a heating network. The present invention also relates to a refrigeration system for supplying a refrigerated medium to a predetermined location, a method for providing multi-mode heat removal from a refrigeration system, and a method for increasing cold performance.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретенияPrior art of the present invention

В холодильных системах обычно используются циклы сжатия пара с тем, чтобы вызвать необходимые энтальпийные изменения в хладагенте для создания холодильного эффекта, который можно использовать в целях охлаждения. На фиг. 1 представлено схематическое изображение парокомпрессионной холодильной системы, обозначенной в целом позицией 10. Система 10 содержит компрессор 12; конденсатор 14, обозначенный как теплообменный элемент; дроссельный вентиль 16; и испаритель 18, который также обозначен как теплообменный элемент.Refrigeration systems typically use vapor compression cycles in order to induce the necessary enthalpy changes in the refrigerant to create a refrigeration effect that can be used for cooling purposes. FIG. 1 is a schematic representation of a vapor compression refrigeration system, generally designated 10. System 10 comprises a compressor 12; condenser 14, designated as a heat exchange element; throttle valve 16; and an evaporator 18 which is also referred to as a heat exchange element.

Хладагент в системе 10 сжимается компрессором 12, а затем отводится по трубопроводу 20 системы 10 в конденсатор 14. После этого хладагент конденсируется в жидкость в конденсаторе 14, что приводит к уменьшению энтальпии хладагента при постоянном давлении. Затем жидкий хладагент направляется через дроссельный вентиль 16, благодаря чему давление хладагента с другой стороны дроссельного вентиля 16 уменьшается, что сопровождается изменением энтальпии. Уменьшенное давление хладагента выравнивается с давлением хладагента, поступающим в испаритель 18, и происходит фазовый переход, обусловленный эффектом испарения по мере того, как хладагент интенсивно поглощает наружное тепло, что сопровождается увеличением энтальпии хладагента. После этого испаритель 18 сообщается с устройством передачи тепловой энергии, таким как вентилятор воздухоохлаждения, или с твердой средой для кондуктивной передачи тепла.Refrigerant in system 10 is compressed by compressor 12 and then discharged through line 20 of system 10 to condenser 14. The refrigerant is then condensed to liquid in condenser 14, resulting in a decrease in refrigerant enthalpy at constant pressure. The liquid refrigerant is then directed through the throttle valve 16, whereby the pressure of the refrigerant on the other side of the throttle valve 16 decreases, which is accompanied by a change in enthalpy. The reduced refrigerant pressure equalizes with the refrigerant pressure entering the evaporator 18 and a phase change occurs due to the evaporative effect as the refrigerant intensively absorbs external heat, accompanied by an increase in refrigerant enthalpy. Thereafter, the evaporator 18 is in communication with a thermal energy transfer device, such as an air-cooling fan, or with a solid conductive heat transfer medium.

Фазовые изменения, связанные с хладагентом, обозначены в целом позицией 22 на фиг. 2, где проиллюстрированы термодинамические изменения, происходящие в хладагенте по мере выполнения цикла, причем этот цикл определяется областью удельного давления. Любые изменения состояния хладагента во время сжатия, расширения и испарения могут быть отображены куполообразной кривой на фазовой диаграмме 22. Правая часть куполообразной кривой отображает хладагент в паровой фазе, а левая часть куполообразной кривой отображает хладагент в жидкой фазе. В пределах этой куполообразной кривой хладагент находится в промежуточном состоянии, т.е. в состоянии парожидкостного равновесия.The phase changes associated with the refrigerant are indicated generally by 22 in FIG. 2, which illustrates the thermodynamic changes that occur in the refrigerant as a cycle progresses, the cycle being determined by the specific pressure region. Any changes in the state of the refrigerant during compression, expansion and evaporation can be displayed with a domed curve in phase diagram 22. The right side of the domed curve represents refrigerant in the vapor phase and the left side of the domed curve represents refrigerant in the liquid phase. Within this domed curve, the refrigerant is in an intermediate state, i.e. in a state of vapor-liquid equilibrium.

В частности, верхняя часть линии S-S обозначает момент, когда хладагент переходит в жидкую фазу так, что охлаждение ниже температуры конденсации без какого-либо сопутствующего изменения давления, обозначенного верхней горизонтальной линией на фиг. 2, может быть определено как переохлаждение. В небольшом масштабе это может происходить естественным образом в ходе выполнения цикла сжатия пара, но более интенсивное переохлаждение может давать массу преимуществ, поскольку оно обеспечивает дополнительную охлаждающую способность, заданную пересечением линии S-S с нижней горизонтальной линией, то есть с границей испарения представленной области. В этой связи расширение представленной области влево от линии S-S могло бы обеспечить дополнительные возможности охлаждения.In particular, the upper part of the line S-S denotes the moment when the refrigerant is liquidated so that the cooling is below the condensing temperature without any concomitant pressure change indicated by the upper horizontal line in FIG. 2 can be defined as hypothermia. On a small scale, this can occur naturally during the vapor compression cycle, but more intense subcooling can have many benefits as it provides the additional cooling capacity given by the intersection of the S-S line with the lower horizontal line, that is, the evaporation limit of the region shown. In this regard, an extension of the area shown to the left of the S-S line could provide additional cooling possibilities.

Техническая задача, связанная с созданием эффективной системы, заключается в том, чтобы предложить высококачественный теплоотвод для обеспечения режима работы с минимально возможным давлением нагнетания при заданной температуре охлаждения. Теплоотвод низкого качества требует более интенсивной работы компрессора холодильной системы, что уменьшает ее производительность по холоду. Это, в свою очередь, создает дополнительные напряжения, действующие на холодильную систему, что может привести к выходу из строя и/или повреждению компонентов указанной системы.The technical challenge associated with the creation of an efficient system is to offer a high quality heat dissipation to ensure operation with the lowest possible discharge pressure at a given cooling temperature. Poor quality heat dissipation requires more intensive operation of the compressor of the refrigeration system, which reduces its cold performance. This, in turn, creates additional stresses acting on the refrigeration system, which can lead to failure and / or damage to the components of the specified system.

В общем, охлаждающая способность ограничена фазовыми соотношениями хладагента; при этом характерная фазовая диаграмма зависимости «давление-энтальпия» при использовании стандартного хладагента проиллюстрирована на фиг. 2. Ограниченная куполообразная кривая отображает парожидкостную фазу; при этом левая часть этой куполообразной кривой отображает хладагент в чисто жидкой фазе, а ее правая часть отображает хладагент в чисто паровой фазе.In general, the cooling capacity is limited by the phase ratios of the refrigerant; a typical pressure-enthalpy phase diagram using a standard refrigerant is illustrated in FIG. 2. The limited domed curve represents the vapor-liquid phase; the left side of this dome-shaped curve represents the refrigerant in a purely liquid phase, and its right side represents the refrigerant in a purely vapor phase.

В составе холодильной системы функционирует компрессор, повышая давление хладагента. В конденсаторе хладагент может конденсироваться до температуры перехода в жидкую фазу; иначе говоря, энтальпия может уменьшаться при постоянном давлении до границы куполообразной кривой, где парожидкостная фаза переходит в жидкую фазу.As part of the refrigeration system, a compressor operates, increasing the pressure of the refrigerant. In the condenser, the refrigerant can condense to the liquid transition temperature; in other words, the enthalpy can decrease at constant pressure to the boundary of the dome-shaped curve, where the vapor-liquid phase passes into the liquid phase.

Возможен процесс, известный как естественное переохлаждение, при котором энтальпия жидкости понижается до уровня ниже температуры конденсации, что присуще всем хладагентам. Углекислый газ, используемый в качестве хладагента, может демонстрировать более интенсивное естественное переохлаждения за счет своего относительно высокого давления конденсации, что обусловлено его физическими свойствами. Такое переохлаждение обеспечивает более эффективный цикл сжатия пара.A process known as natural subcooling is possible, in which the enthalpy of the liquid drops to a level below the dew point, which is inherent in all refrigerants. Carbon dioxide, used as a refrigerant, can exhibit more intense natural subcooling due to its relatively high condensing pressure due to its physical properties. This subcooling provides a more efficient vapor compression cycle.

Следовательно, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить холодильную систему, в которой способность к переохлаждению выходила бы за рамки естественных границ, присущих всем хладагентам, для повышения эффективности цикла сжатия пара.Therefore, it is an object of the present invention to provide a refrigeration system in which the subcooling capacity goes beyond the natural limits of all refrigerants in order to improve the efficiency of the vapor compression cycle.

Краткое раскрытие настоящего изобретенияSummary of the present invention

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено устройство сопряжения для тепловой сети, причем это устройство сопряжения содержит: теплообменник устройства сопряжения; множество патрубков хладагента; множество отсечных клапанов, выполненных с возможностью взаимодействия с трубопроводом тепловой сети; и контроллер, связанный с множеством отсечных клапанов; при этом множество патрубков хладагента задает, по меньшей мере, два разных проточных канала для хладагента, проходящих через теплообменник устройства сопряжения; причем, по меньшей мере, два разных проточных канала для хладагента избирательно активируются контроллером, управляющим состоянием множества отсечных клапанов.According to a first aspect of the present invention, there is provided an interface for a heating network, the interface comprising: a heat exchanger for the interface; many refrigerant pipes; a plurality of shut-off valves adapted to interact with the heating network pipeline; and a controller associated with the plurality of shut-off valves; wherein the plurality of refrigerant pipes define at least two different refrigerant flow channels passing through the heat exchanger of the interface; wherein the at least two different refrigerant flow paths are selectively activated by a controller controlling the state of the plurality of shut-off valves.

В предпочтительном варианте один указанный отсечной клапан может быть представлен в виде предконденсаторного отсечного клапана; а, по меньшей мере, один отсечной клапан может быть представлен в виде постконденсаторного отсечного клапана; причем предконденсаторный отсечной клапан выполнен с возможностью расположения перед конденсатором в тепловой сети; а, по меньшей мере, один постконденсаторный отсечной клапан выполнен с возможностью расположения за конденсатором в тепловой сети.In a preferred embodiment, one of said shut-off valve may be in the form of a pre-condenser shut-off valve; and at least one shut-off valve may be a post-condenser shut-off valve; moreover, the pre-condenser cut-off valve is configured to be located in front of the condenser in the heating network; and at least one post-condenser cut-off valve is configured to be located behind the condenser in the heating network.

В предпочтительном варианте первый указанный патрубок хладагента может быть представлен в виде впускного патрубка для переохлаждения хладагента; второй указанный патрубок хладагента может быть представлен в виде впускного патрубка для многоступенчатого охлаждения хладагента; третий указанный патрубок хладагента может быть представлен в виде впускного патрубка для рекуперации тепла хладагента; а четвертый указанный патрубок хладагента может быть представлен в виде выпускного патрубка хладагента; при этом указанные первый, второй и третий патрубки хладагента задают, соответственно, проточный канал для переохлаждения хладагента, проточный канал для многоступенчатого охлаждения хладагента и проточный канал для рекуперации тепла, которые проходят через теплообменник устройства сопряжения и выходят из него через указанный четвертый патрубок хладагента.In a preferred embodiment, said first refrigerant pipe may be in the form of a refrigerant subcooling inlet; the second specified refrigerant pipe may be in the form of an inlet for multistage refrigerant cooling; the third specified refrigerant pipe may be in the form of an inlet for recovering heat of the refrigerant; and the fourth specified refrigerant pipe may be represented as a refrigerant outlet pipe; wherein said first, second and third refrigerant nozzles define, respectively, a flow channel for refrigerant subcooling, a flow channel for multistage refrigerant cooling and a flow channel for heat recovery, which pass through the heat exchanger of the interface device and leave it through said fourth refrigerant tube.

Благодаря устройству сопряжения, которое может быть интегрировано в существующие холодильные системы, можно расширить режимы работы существующих систем, в частности, путем установки специального теплообменника переохлаждения. Это эффективно и существенно повышает производительность холодильной системы.Thanks to the interface device, which can be integrated into existing refrigeration systems, it is possible to expand the operating modes of existing systems, in particular, by installing a special subcooling heat exchanger. This effectively and significantly increases the performance of the refrigeration system.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложена холодильная система, содержащая: по меньшей мере, один компрессор; по меньшей мере, один конденсатор; по меньшей мере, один дроссельный вентиль; по меньшей мере, один испаритель; трубопровод, задающий проточный канал хладагента по умолчанию, который проходит через компрессор, конденсатор, дроссельный вентиль и испаритель; и устройство сопряжения, предпочтительно выполненное согласно первому аспекту настоящего изобретения; при этом один указанный отсечной клапан подключен к трубопроводу перед одним или более конденсатором в качестве предконденсаторного отсечного клапана и, по меньшей мере, один указанный отсечной клапан подключен к трубопроводу за одним или более конденсатором в качестве постконденсаторного отсечного клапана, а контроллер обеспечивает избирательное управление потоком хладагента, проходящим через трубопровод и устройство сопряжения; при этом, по меньшей мере, один из проточных каналов хладагента, проходящих через устройство сопряжения, представляет собой проточный канал переохлаждения.According to a second aspect of the present invention, there is provided a refrigeration system comprising: at least one compressor; at least one capacitor; at least one throttle valve; at least one evaporator; piping defining the default refrigerant flow path that passes through the compressor, condenser, throttling valve and evaporator; and an interface device, preferably constructed in accordance with the first aspect of the present invention; wherein one specified shut-off valve is connected to the pipeline upstream of one or more condensers as a pre-condenser shut-off valve and at least one specified shut-off valve is connected to the pipeline downstream of one or more condensers as a post-condenser shut-off valve, and the controller provides selective control of the refrigerant flow passing through the pipeline and the interface device; wherein at least one of the coolant flow channels passing through the interface is a subcooling flow channel.

В контексте настоящего документа термин «переохлаждение» обозначает или определяется как состояние, в котором температура жидкого хладагента ниже минимальной температуры или температуры насыщения, потребной для предотвращения закипания жидкого хладагента и, соответственно, его перехода из жидкой фазы в газообразную.In the context of this document, the term "subcooling" means or is defined as a state in which the temperature of the liquid refrigerant is below the minimum temperature or saturation temperature required to prevent the liquid refrigerant from boiling and, accordingly, its transition from liquid to gaseous phase.

За счет наличия специального теплообменника переохлаждения, предусмотренного в качестве составной части подсоединяемого устройства сопряжения, обеспечивается возможность переохлаждения холодильной системы с использованием самых разных хладагентов, что в противном случае было бы осуществимо только при использовании хладагентов с особыми свойствами фазового превращения. Это позволяет усовершенствовать холодильные системы в части КПД (коэффициента полезного действия), обеспечивая преимущество, состоящее в существенном сокращении энергопотребления холодильных систем, что делает холодильную систему в целом значительно более экономичной.Due to the presence of a special subcooling heat exchanger, provided as part of the connected interface device, it is possible to subcool the refrigeration system using a wide variety of refrigerants, which would otherwise only be possible with refrigerants with special phase transformation properties. This allows refrigeration systems to be improved in terms of efficiency (efficiency), providing the advantage of significantly reducing the energy consumption of refrigeration systems, making the overall refrigeration system much more economical.

В предпочтительном варианте холодильная система может дополнительно содержать приемную емкость, сообщающуюся с трубопроводом; при этом приемная емкость характеризуется определенным объемом содержащегося в ней жидкого хладагента. В этом случае приемная емкость может располагаться на трубопроводе, причем перед приемной емкостью на трубопроводе установлен один указанный постконденсаторный отсечной клапан, а еще один указанный дополнительный постконденсаторный отсечной клапан располагается на трубопроводе за приемной емкостью. Трубопроводом и множеством патрубков хладагента устройства сопряжения может быть задан, по меньшей мере, один указанный проточный канал для хладагента, который циркулирует по следующему маршруту: компрессор, конденсатор, приемная емкость, теплообменник устройства сопряжения, дроссельный вентиль, испаритель и компрессор.In a preferred embodiment, the refrigeration system may further comprise a receiving vessel in communication with a pipeline; the receiving tank is characterized by a certain volume of liquid refrigerant contained in it. In this case, the receiving tank can be located on the pipeline, and in front of the receiving tank on the pipeline is installed one specified post-condenser cut-off valve, and another specified additional post-condenser cut-off valve is located on the pipeline behind the receiving tank. A pipeline and a plurality of refrigerant pipes of the interface device can be assigned at least one specified flow path for the refrigerant, which circulates along the following route: compressor, condenser, receiving tank, heat exchanger of the interface device, throttle valve, evaporator and compressor.

Наличие приемной емкости способствует эффективному сглаживанию и упорядочению возмущающих воздействий на холодильную систему, что делает устройство переохлаждения более устойчивым, например, к резким изменениям температуры окружающей среды. Более того, приемная емкость также обеспечивает преимущество, состоящее в том, что она содействует разделению жидкой или парожидкостной фаз хладагента, давая возможность теплообменнику устройства сопряжения функционировать более эффективно по переохлаждению жидкого хладагента.The presence of a receiving tank contributes to the effective smoothing and ordering of disturbing influences on the refrigeration system, which makes the supercooling device more resistant, for example, to sudden changes in ambient temperature. Moreover, the receiving vessel also provides the advantage that it assists in separating the liquid or vapor-liquid phases of the refrigerant, enabling the interface heat exchanger to function more efficiently in subcooling the liquid refrigerant.

Трубопровод может дополнительно задавать указанный второй проточный канал хладагента, который представляет собой проточный канал для многоступенчатого охлаждения хладагента, проходящий между конденсатором и теплообменником переохлаждения, и в котором конденсатор и теплообменник переохлаждения соединены последовательно, причем теплообменник переохлаждения функционирует в качестве второго ступенчатого конденсатора. Указанный второй проточный канал хладагента может быть задан трубопроводом и множеством патрубков хладагента устройства сопряжения таким образом, что хладагент будет циркулировать по следующему маршруту: компрессор, конденсатор, теплообменник переохлаждения, приемная емкость, дроссельный вентиль, испаритель и компрессор. Протяженность трубопровода, проходящего между конденсатором и теплообменником устройства сопряжения, может быть больше для указанного проточного канала переохлаждения хладагента, чем для указанного проточного канала многоступенчатого охлаждения хладагента.The conduit may further define said second refrigerant flow path, which is a multi-stage refrigerant cooling flow path between the condenser and the subcooling heat exchanger, and in which the condenser and the subcooling heat exchanger are connected in series, the subcooling heat exchanger functioning as the second stage condenser. The specified second flow path of the refrigerant can be defined by a pipeline and a plurality of refrigerant pipes of the interface device in such a way that the refrigerant will circulate along the following route: compressor, condenser, subcooling heat exchanger, receiving vessel, throttle valve, evaporator and compressor. The length of the pipeline passing between the condenser and the heat exchanger of the interface device can be greater for the specified flow channel of refrigerant subcooling than for the specified flow channel of multistage refrigerant cooling.

Трубопровод может дополнительно задавать третий проточный канал хладагента, который представляет собой проточный канал для рекуперации тепла хладагента, в котором обойден конденсатор. Указанный третий проточный канал хладагента может быть задан трубопроводом и множеством патрубков хладагента устройства сопряжения таким образом, что хладагент будет циркулировать по следующему маршруту: компрессор, теплообменник устройства сопряжения, дроссельный вентиль, испаритель и компрессор.The piping may further define a third refrigerant flow path, which is a heat recovery flow path of the refrigerant in which the condenser is bypassed. The specified third flow path of the refrigerant can be defined by a pipeline and a plurality of refrigerant pipes of the interface device so that the refrigerant will circulate along the following route: compressor, interface heat exchanger, throttle valve, evaporator and compressor.

В необязательном варианте трубопровод может задавать четвертый проточный канал хладагента, который представляет собой обводной проточный канал хладагента, в котором обойдено устройство сопряжения; при этом указанный четвертый проточный канал хладагента задан трубопроводом и множеством патрубков хладагента устройства сопряжения таким образом, что хладагент будет циркулировать по следующему маршруту: компрессор, конденсатор, дроссельный вентиль, испаритель и компрессор.Optionally, the conduit may define a fourth refrigerant flow path, which is a bypass refrigerant flow path in which the interface is bypassed; wherein said fourth refrigerant flow path is defined by a pipeline and a plurality of refrigerant pipes of the interface device so that the refrigerant will circulate along the following route: compressor, condenser, throttle valve, evaporator and compressor.

Наличие множества разных проточных каналов хладагента, проходящих через устройство, обеспечивает преимущество, состоящее в том, что это позволяет холодильной системе избирательно работать в разных режимах, отличных от стандартного режима переохлаждения, благодаря чему существенно повышается практическая ценность системы для пользователя.Having a plurality of different refrigerant flow paths through the device provides the advantage that it allows the refrigeration system to selectively operate in different modes than the standard subcooling mode, thereby significantly increasing the practical value of the system to the user.

Устройство согласно настоящему изобретению предусматривает режим переохлаждения для самых разных типов хладагента, тогда как работа систем предшествующего уровня техники основывалась на свойствах естественного переохлаждения хладагента, такого как углекислый газ.The apparatus of the present invention provides a subcooling mode for a wide variety of refrigerant types, whereas prior art systems relied on the natural subcooling properties of refrigerants such as carbon dioxide.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения трубопровод и множество патрубков хладагента устройства сопряжения могут быть однонаправленными для предотвращения обратного потока хладагента.In one preferred embodiment of the present invention, the piping and the plurality of refrigerant connections of the interface device may be unidirectional to prevent backflow of refrigerant.

За счет предотвращения перетока хладагента через систему в обратном направлении обеспечивается возможность достижения надлежащего переохлаждения хладагента и подачи в теплообменник переохлаждения жидкого, а не парожидкостного хладагента, что в противном случае могло бы обусловить многоступенчатое охлаждение хладагента.By preventing the reverse flow of refrigerant through the system, it is possible to achieve proper subcooling of the refrigerant and supply liquid rather than vapor-liquid refrigerant to the subcooling heat exchanger, which would otherwise lead to multi-stage refrigerant cooling.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен способ получения многорежимной холодильной системы, причем указанный способ включает в себя следующие стадии: а) обеспечение наличия холодильной системы предпочтительно согласно второму аспекту настоящего изобретения, в которой конденсатор и устройство сопряжения избирательно подключаются, как последовательно, так и параллельно друг другу; и b) выбор проточного канала хладагента, проходящего через устройство сопряжения, в зависимости от заданной требуемой функции системы, причем один указанный проточный канал хладагента, проходящий через теплообменник устройства сопряжения, представляет собой проточный канал для переохлаждения хладагента.According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a multi-mode refrigeration system, said method comprising the steps of: a) providing a refrigeration system, preferably according to a second aspect of the present invention, wherein the condenser and the interface are selectively connected, both in series and in parallel. friend; and b) selecting the refrigerant flow path through the interface as a function of a predetermined desired function of the system, one said refrigerant flow through the interface heat exchanger is a refrigerant subcooling flow path.

Конкретная схема расположения конденсатора и теплообменника переохлаждения согласно настоящему изобретению обеспечивает преимущество, состоящее в том, что она позволяет переключать схему, давая возможность пользователю легко переходить из режима переохлаждения в режим многоступенчатого охлаждения и наоборот, не считая других режимов работы.The particular arrangement of the condenser and subcooling heat exchanger according to the present invention provides the advantage of being able to switch the circuit, allowing the user to easily transition from subcooling to multistage refrigeration and vice versa, in addition to other modes of operation.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предложен способ повышения холодопроизводительности хладагента в холодильной системе, причем указанный способ включает в себя следующие стадии: а) подсоединение специального устройства сопряжения, предпочтительно выполненного согласно первому аспекту настоящего изобретения, к холодильной системе; b) направление хладагента, по меньшей мере, в один конденсатор для уменьшения энтальпии хладагента до температуры конденсации; и с) направление хладагента в теплообменник специального устройства сопряжения для уменьшения энтальпии и, соответственно, переохлаждения конденсированного жидкого хладагента.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for increasing the refrigerating capacity of a refrigerant in a refrigeration system, said method comprising the steps of: a) connecting a dedicated interface device, preferably according to the first aspect of the present invention, to a refrigeration system; b) directing the refrigerant to at least one condenser to reduce the enthalpy of the refrigerant to a condensing temperature; and c) directing the refrigerant into a heat exchanger of a special interface to reduce enthalpy and thus subcool the condensed liquid refrigerant.

За счет разнесения конденсатора и теплообменника устройства сопряжения относительно друг друга вместо их последовательного подключения непосредственно друг за другом обеспечивается возможность более эффективного отделения жидкого хладагента под давлением в теплообменнике устройства сопряжения для его более эффективного переохлаждения.Due to the separation of the condenser and the heat exchanger of the interface device relative to each other, instead of being connected in series directly one after the other, it is possible to more efficiently separate the liquid refrigerant under pressure in the heat exchanger of the interface device for more effective subcooling.

Краткое описание фигурBrief description of figures

Настоящее изобретение будет подробно описано ниже исключительно для примера в привязке к прилагаемым чертежам, где:The present invention will be described in detail below, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, where:

На фиг. 1 схематически представлен обычный холодильный цикл;FIG. 1 is a schematic representation of a typical refrigeration cycle;

На фиг. 2 показана диаграмма фазовых состояний хладагента, такого как углекислый газ, иллюстрирующая изменения давления и энтальпии в ходе выполнения холодильного цикла;FIG. 2 is a phase diagram of a refrigerant such as carbon dioxide, illustrating changes in pressure and enthalpy during a refrigeration cycle;

На фиг. 3 представлено схематическое изображение одного из вариантов осуществления устройства сопряжения согласно первому аспекту настоящего изобретения;FIG. 3 is a schematic diagram of one embodiment of an interface device according to a first aspect of the present invention;

На фиг. 4 представлено схематическое изображение одного из вариантов осуществления холодильной системы согласно второму аспекту настоящего изобретения, иллюстрирующее режим по умолчанию или байпасный режим прохождения потока хладагента через устройство сопряжения системы;FIG. 4 is a schematic diagram of one embodiment of a refrigeration system in accordance with a second aspect of the present invention, illustrating the default or bypass mode of refrigerant flow through the system interface;

На фиг. 5 представлено схематическое изображение холодильной системы, показанной на фиг. 4, иллюстрирующее режим рекуперации тепла потока хладагента, проходящего через устройство сопряжения системы;FIG. 5 is a schematic view of the refrigeration system shown in FIG. 4 illustrating the heat recovery mode of the refrigerant stream passing through the system interface;

На фиг. 6 представлено схематическое изображение холодильной системы, показанной на фиг. 4, иллюстрирующее режим двухступенчатого охлаждения потока хладагента, проходящего через устройство сопряжения системы; аFIG. 6 is a schematic view of the refrigeration system shown in FIG. 4 illustrating a two-stage cooling mode of a refrigerant stream passing through a system interface; and

На фиг. 7 представлено схематическое изображение холодильной системы, показанной на фиг. 4, иллюстрирующее режим переохлаждения потока хладагента, проходящего через устройство сопряжения системы.FIG. 7 is a schematic view of the refrigeration system shown in FIG. 4, illustrating the subcooling mode of the refrigerant stream passing through the system interface.

Подробное раскрытие настоящего изобретенияDetailed Disclosure of the Present Invention

Обратимся сначала к фиг. 3, на которой проиллюстрировано устройство сопряжения, выполненное с возможностью объединения и совершенствования существующей холодильной системы, причем это устройство сопряжения обозначено в целом позицией 50.Referring first to FIG. 3, an interface is illustrated that is capable of integrating and improving an existing refrigeration system, which interface is generally designated 50.

Устройство 50 сопряжения содержит корпус 52, в который заключены следующие элементы: теплообменник 54 устройства сопряжения, множество патрубков хладагента, множество отсечных клапанов или аналогичных регулятором расхода и контроллер 56.The interface 50 includes a housing 52, which encloses the following elements: a heat exchanger 54 of the interface, a plurality of refrigerant pipes, a plurality of shutoff valves or similar flow controllers, and a controller 56.

В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено три разных возможных проточных канала хладагента, которые проходят через или сквозь теплообменник 54 устройства сопряжения: первый впускной патрубок 58а для переохлаждения хладагента может направлять хладагент в теплообменник 54 устройства сопряжения и отводить его через выпускной патрубок 60 хладагента; второй впускной патрубок 58b для многоступенчатого охлаждения хладагента задает второй проточный канал хладагента, проходящий через или сквозь теплообменник 54 устройства сопряжения, и отводит указанный хладагент через выпускной патрубок 60 хладагента; и третий впускной патрубок 58с для рекуперации тепла хладагента задает третий проточный канал хладагента, проходящий через или сквозь теплообменник 54 устройства сопряжения.In the illustrated embodiment, there are three different possible refrigerant flow paths that pass through or through the interface heat exchanger 54: the first refrigerant subcooling inlet 58a can direct refrigerant to and out of the interface heat exchanger 54 through the refrigerant outlet 60; the second inlet 58b for multistage refrigerant cooling defines a second refrigerant flow path passing through or through the interface heat exchanger 54 and withdraws said refrigerant through the refrigerant outlet 60; and the third refrigerant heat recovery inlet 58c defines a third refrigerant flow path through or through the heat exchanger 54 of the interface.

Каждый из патрубков 58а, 58b, 58с и 60 хладагента сопрягается затем с соответствующим отсечным клапаном: впускной патрубок 58а для переохлаждения хладагента сопрягается с отсечным клапаном 62а; впускной патрубок 58b для многоступенчатого охлаждения хладагента сопрягается с отсечным клапаном 62b многоступенчатого охлаждения; впускной патрубок 58с для рекуперации тепла хладагента сопрягается с отсечным клапаном 62с для рекуперации тепла; а выпускной патрубок 60 хладагента сопрягается с выпускным отсечным клапаном 62d.Each of the refrigerant pipes 58a, 58b, 58c, and 60 is then mated with a corresponding shut-off valve: a refrigerant subcooling inlet 58a mates with a shut-off valve 62a; the multistage refrigerant cooling inlet 58b mates with the multistage refrigeration shut-off valve 62b; the refrigerant heat recovery inlet 58c mates with the heat recovery shut-off valve 62c; and the refrigerant outlet 60 mates with the outlet shut-off valve 62d.

Контроллер 56 сообщается с отсечными клапанами 62а, 62b, 62с и 62d и выполнен с возможностью избирательной активации или включения клапанов 62а, 62b, 62с и 62d, которые в данном случае выполнены в виде двунаправленных клапанов, обеспечивающих возможность двухходового регулирования расхода проходящего через них хладагента. В этой связи, когда устройство 50 сопряжения соединено с холодильной системой, может быть обеспечено множество разных проточных каналов хладагента, проходящих через теплообменник 54 устройства сопряжения.The controller 56 communicates with the shut-off valves 62a, 62b, 62c and 62d and is configured to selectively activate or activate the valves 62a, 62b, 62c and 62d, which in this case are in the form of bidirectional valves allowing two-way control of the flow rate of the refrigerant passing through them. In this regard, when the interface 50 is coupled to the refrigeration system, a plurality of different refrigerant flow paths may be provided through the interface heat exchanger 54.

На фиг. 4-7 представлен один из вариантов осуществления парокомпрессионной холодильной системы, обозначенной в целом позицией 110. Показана лишь часть всей холодильной системы 110 от компрессора 112 до участка трубопровода 120, ведущего к дроссельному вентилю, который не показан на фиг. 4-7, но обозначен позицией 16 на обобщенной блок-схеме, которая представлена на фиг. 1, описанной выше. Однако устройство 50 сопряжения включено в холодильную систему так, как это указано.FIG. 4-7 illustrate one embodiment of a vapor compression refrigeration system, generally designated 110. Only a portion of the entire refrigeration system 110 from compressor 112 to a portion of conduit 120 leading to a throttling valve not shown in FIG. 4-7, but is designated 16 in the general block diagram shown in FIG. 1 described above. However, the interface 50 is included in the refrigeration system as indicated.

В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения устройство 50 сопряжения установлено на трубопроводе 120 вблизи конденсатора 114 за компрессором 112 и перед дроссельным вентилем. За конденсатором 114 также предусмотрена приемная емкость 126. Специальное устройство 50 сопряжения установлено таким образом, что отсечной клапан 62с рекуперации тепла располагается перед конденсатором 114 с возможностью перекрытия трубопровода 120, отсечной клапан 62b многоступенчатого охлаждения располагается между конденсатором 114 и приемной емкостью 126, а отсечной клапан 62а переохлаждения - за приемной емкостью 126.In the illustrated embodiment of the present invention, an interface 50 is installed on conduit 120 adjacent to condenser 114, downstream of compressor 112 and upstream of a throttle valve. A receiving vessel 126 is also provided downstream of the condenser 114. A special interface 50 is positioned such that the heat recovery shut-off valve 62c is positioned upstream of the condenser 114 to shut off the pipeline 120, the multistage cooling shut-off valve 62b is located between the condenser 114 and the receiving vessel 126, and the shut-off valve 62a hypothermia - behind the receiving tank 126.

Приемная емкость 126 установлена таким образом, чтобы обеспечивать удержание в ней жидкого хладагента, содержащегося под давлением, равным давлению нагнетания компрессора 112. Это способствует эффективному разделению жидкой и парожидкостной фаз в трубопроводе 120, а также может компенсировать быстрые изменения нагрузки в холодильной системе 110, обусловленные увеличением объема хладагента в трубопроводе 120. Однако специалистам в данной области техники понятно, что строгая необходимость в наличии приемной емкости 126 отсутствует.Receiving vessel 126 is positioned to retain liquid refrigerant at a pressure equal to the discharge pressure of compressor 112. This facilitates efficient separation of liquid and vapor-liquid phases in line 120 and can also compensate for rapid load changes in refrigeration system 110 caused by increasing the volume of refrigerant in line 120. However, those skilled in the art will appreciate that there is no strict need for a receiving vessel 126.

В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения теплообменник 54 устройства сопряжения может быть выполнен в виде пластинчатого теплообменника, который доказал свою эффективность при его использовании с целью переохлаждения; однако может быть предусмотрен теплообменник и иного типа, например, теплообменник лопастного типа или с ребристой поверхностью.In the illustrated embodiment, the interface heat exchanger 54 may be a plate heat exchanger that has proven effective for subcooling purposes; however, a heat exchanger of another type may be provided, for example a vane type heat exchanger or with a ribbed surface.

Как можно видеть, конденсатор 114, теплообменник 54 устройства сопряжения и приемная емкость 126 соединены друг с другом посредством трубопровода 120 и множества патрубков хладагента устройства 50 сопряжения, как параллельно, так и последовательно; при этом предусмотрено множество отсечных клапанов 62а, 62b, 62с и 62d, предназначенных для переключения на проточные каналы хладагента, проходящие через различные компоненты, с целью изменения функциональных возможностей холодильной системы 110.As can be seen, the condenser 114, the interface heat exchanger 54, and the receptacle 126 are connected to each other via conduit 120 and a plurality of refrigerant pipes of the interface 50, both in parallel and in series; a plurality of shut-off valves 62a, 62b, 62c, and 62d are provided to switch to refrigerant flow paths through the various components to alter the functionality of the refrigeration system 110.

Первый отсечной клапан 62с рекуперации тепла может располагаться за компрессором 112 с тем, чтобы обеспечивать избирательное переключение направления подачи хладагента между направлением подачи в конденсатор 114 и направлением подачи в теплообменник 54 устройства сопряжения.A first heat recovery shut-off valve 62c may be located downstream of compressor 112 so as to selectively switch the direction of supply of refrigerant between supply to condenser 114 and supply to interface heat exchanger 54.

Второй отсечной клапан 62b многоступенчатого охлаждения может располагаться за конденсатором 114 для обеспечения избирательного переключения направления подачи хладагента между направлением подачи в теплообменник 54 устройства сопряжения и направлением подачи в приемную емкость 126, при ее наличии.A second multistage refrigeration shut-off valve 62b may be located downstream of condenser 114 to selectively switch the direction of supply of refrigerant between the direction of supply to the interface heat exchanger 54 and the direction of supply to the receiving vessel 126, if present.

Третий отсечной клапан 62а переохлаждения может располагаться за приемной емкостью 126 для обеспечения избирательного переключения направления подачи хладагента между направлением подачи в теплообменник 54 устройства сопряжения и направлением подачи в трубопровод 120, ведущий к дроссельному вентилю.A third subcooling shut-off valve 62a may be located downstream of the receptacle 126 to selectively switch the direction of supply of refrigerant between the direction of supply to the interface heat exchanger 54 and the direction of supply to line 120 leading to the throttle valve.

Выпускной отсечной клапан 62d может располагаться за теплообменником 54 устройства сопряжения для обеспечения избирательного переключения направления подачи хладагента между направлением подачи в приемную емкость 126, при ее наличии, и направлением подачи в трубопровод 120, ведущий к дроссельному вентилю.An outlet shut-off valve 62d may be located downstream of the interface heat exchanger 54 to selectively switch the direction of supply of the refrigerant between the direction of supply to the receptacle 126, if present, and the direction of supply into line 120 leading to the throttle valve.

В тех случаях, когда предусмотрено четыре отсечных клапана 62а, 62b, 62с и 62d, может быть сформировано четыре разных проточных канала хладагента, каждый из которых выполняет свою функцию в холодильной системе 110. Каждый из регулирующих клапанов 62а, 62b, 62с и 62d или все они могут управляться контроллером 56, или в ручном режиме, или автоматически.Where four shutoff valves 62a, 62b, 62c, and 62d are provided, four different refrigerant flow paths may be formed, each serving a different function in the refrigeration system 110. Each of the control valves 62a, 62b, 62c and 62d, or all they can be controlled by the controller 56, either manually or automatically.

На фиг. 4 проиллюстрирован один проточный канал хладагента в холодильной системе 110. Хладагент под давлением отводится из компрессора 112 в парообразном состоянии и направляется в конденсатор 114 через первый отсечной клапан 62с. В конденсаторе 114 парообразный хладагент конденсируется в жидкий хладагент, что приводит к увеличению энтальпии хладагента. Затем хладагент направляется в дроссельный вентиль, где будет происходить сброс его давления, по трубопроводу 120 через второй отсечной клапан 62b, приемную емкость 126 и третий отсечной клапан 62а. После этого хладагент поступает в дроссельный вентиль, испаритель и обратно в компрессор 112 для завершения цикла сжатия пара. Это стандартный маршрут парокомпрессионного охлаждения. За счет характеристик самого хладагента он может быть до определенной степени переохлажден естественным образом, но при этом целевое переохлаждение не осуществляется. Следовательно, по умолчанию задан обводной проточный канал хладагента как часть указанного канала прохождения хладагента, в котором обходится теплообменник 54 устройства сопряжения.FIG. 4 illustrates one refrigerant flow path in refrigeration system 110. Pressurized refrigerant is vented from compressor 112 in a vapor state and is directed to condenser 114 via first shutoff valve 62c. In the condenser 114, the refrigerant vapor is condensed into a liquid refrigerant, which increases the enthalpy of the refrigerant. The refrigerant is then directed to the throttle valve, where it will be depressurized, via line 120 through the second shutoff valve 62b, the collecting vessel 126 and the third shutoff valve 62a. The refrigerant then flows to the throttle valve, the evaporator and back to the compressor 112 to complete the vapor compression cycle. This is the standard vapor compression refrigeration route. Due to the characteristics of the refrigerant itself, it can be naturally subcooled to a certain extent, but the targeted subcooling is not achieved. Therefore, by default, the bypass refrigerant flow path is set as part of the specified refrigerant flow path in which the interface heat exchanger 54 is bypassed.

На фиг. 5 проиллюстрирован штатный режим рекуперации тепла в холодильной системе 110, в котором конденсатор 114 изолирован от трубопровода 120 за счет переключения первого отсечного клапана 62с так, чтобы хладагент направлялся в теплообменник 54 устройства сопряжения. Это может дать в итоге проточный канал для рекуперации тепла хладагента, в котором обходится конденсатор 114; при этом проточный канал для рекуперации тепла хладагента отходит от компрессора 112 и проходит через первый отсечной клапан 62с, теплообменник 54 устройства сопряжения, выпускной отсечной клапан 62d, приемную емкость 126 и третий отсечной клапан 62с. После этого хладагент направляется в дроссельный вентиль, испаритель и обратно в компрессор 112 для завершения цикла сжатия пара.FIG. 5 illustrates a typical heat recovery mode in refrigeration system 110 in which condenser 114 is isolated from conduit 120 by switching the first shutoff valve 62c so that refrigerant is directed to interface heat exchanger 54. This may result in a refrigerant heat recovery flow path that bypasses condenser 114; the refrigerant heat recovery flow path leaves the compressor 112 and passes through the first shutoff valve 62c, the interface heat exchanger 54, the outlet shutoff valve 62d, the receptacle 126 and the third shutoff valve 62c. The refrigerant is then directed to the throttle valve, evaporator and back to compressor 112 to complete the vapor compression cycle.

В этой конфигурации теплообменник 54 устройства сопряжения может быть выполнен с возможностью выполнения, при необходимости, функции второго конденсатора, хотя в проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения предполагается его использование в качестве устройства рекуперации тепла в холодильной системе 110. Следовательно, может быть предусмотрен рекуперационный коллектор, находящийся в тепловом контакте с теплообменником 54 устройства сопряжения и выполненный с возможностью восстановления и использования избыточной тепловой энергии, вырабатываемой во время парокомпрессионного цикла, с целью ее последующего применения.In this configuration, the interface heat exchanger 54 can be configured to function as a second condenser as needed, although the illustrated embodiment of the present invention contemplates its use as a heat recovery device in the refrigeration system 110. Therefore, a recovery manifold can be provided located in thermal contact with the heat exchanger 54 of the interface device and configured to recover and use excess thermal energy generated during the vapor compression cycle for the purpose of its subsequent use.

На фиг. 6 проиллюстрирован еще один канал прохождения хладагента по трубопроводу 120 и через патрубки хладагента. Хладагент отводится из компрессора 112 и через первый отсечной клапан 62с направляется в конденсатор 112. Хладагент покидает конденсатор 114 и направляется через второй отсечной клапан 62b непосредственно в теплообменник 54 устройства сопряжения, который, соответственно, выполняет функцию вспомогательного конденсатора, последовательно соединенного с основным конденсатором 114. Покинув теплообменник 54 устройства сопряжения, хладагент направляется в приемную емкость 126 через выпускной отсечной клапан 62d. После выхода из приемной емкости 126 хладагент направляется через третий отсечной клапан 62а в дроссельный вентиль, испаритель и обратно в компрессор 112 для завершения цикла сжатия пара. Следовательно, проточный канал хладагента, проходящий между конденсатором 114 и теплообменником 54 устройства сопряжения, может рассматриваться как канал многоступенчатого, в данном случае двухступенчатого, охлаждения хладагента.FIG. 6 illustrates another refrigerant passage through conduit 120 and through the refrigerant pipes. Refrigerant is withdrawn from compressor 112 and directed through first shutoff valve 62c to condenser 112. Refrigerant leaves condenser 114 and is directed through second shutoff valve 62b directly to interface heat exchanger 54, which accordingly acts as an auxiliary condenser in series with main condenser 114. After leaving the interface heat exchanger 54, the refrigerant is directed to the receiving vessel 126 through the outlet shut-off valve 62d. After exiting the receiver 126, the refrigerant is directed through the third shut-off valve 62a to the throttle valve, the evaporator and back to the compressor 112 to complete the vapor compression cycle. Consequently, the refrigerant flow path between the condenser 114 and the interface heat exchanger 54 can be regarded as a multi-stage, in this case two-stage, refrigerant cooling path.

Применение этой схемы может способствовать повышению производительности стандартного парокомпрессионного цикла, предотвращая перегрев основного компрессора 114, но не улучшает возможности переохлаждения хладагента; как показано на фиг. 2, обе стадии конденсации происходят, когда хладагент находится в парожидкостной фазе, причем каждый из узлов из числа конденсатора 114 и теплообменника 54 устройства сопряжения берет на себя часть нагрузки в процессе конденсации.Application of this scheme can improve the performance of a standard vapor compression cycle by preventing overheating of the main compressor 114, but does not improve the subcooling capabilities of the refrigerant; as shown in FIG. 2, both stages of condensation occur when the refrigerant is in a vapor-liquid phase, with each of the condenser 114 and interface heat exchanger 54 taking on a portion of the condensation load.

На фиг. 7 показан еще один проточный канал хладагента, проходящий через трубопровод 120 и патрубки хладагента, в котором теплообменник 54 устройства сопряжения выполнен с возможностью переохлаждения проходящего по нему хладагента. В показанном проточном канале парообразный хладагент покидает компрессор 112 перед тем, как направиться через первый отсечной клапан 62с в конденсатор 114 и через второй отсечной клапан 62b в приемную емкость 126. Сепарированный жидкий хладагент затем перенаправляется в теплообменник 54 устройства сопряжения через третий отсечной клапан 62а. Следовательно, между конденсатором 114 и теплообменником 54 устройства сопряжения может быть предусмотрен проточный канал для переохлаждения хладагента, в данном случае проходящий через приемную емкость 126. Затем, вместо конденсации парообразного или парожидкостного хладагента, в теплообменнике 54 устройства сопряжения осуществляется переохлаждение жидкого хладагента; что отличается от естественного переохлаждения, которому мог быть подвергнут, например, углекислый газ, поскольку такое переохлаждение применимо к намного более широкому спектру хладагентов и/или может повысить эффективность переохлаждения хладагента, в отношении которого возможно естественное переохлаждение. Жидкий хладагент, покидающий теплообменник 54 устройства сопряжения, может затем перенаправляться через выпускной отсечной клапан 62d в дроссельный вентиль и испаритель, и в конечном итоге циклически возвращаться обратно в компрессор 112.FIG. 7 shows another refrigerant flow path through conduit 120 and refrigerant pipes, in which interface heat exchanger 54 is configured to subcool the refrigerant passing therethrough. In the flow path shown, refrigerant vapor leaves compressor 112 before being passed through first shutoff valve 62c to condenser 114 and through second shutoff valve 62b into receiver 126. The separated liquid refrigerant is then redirected to interface heat exchanger 54 via third shutoff valve 62a. Consequently, a refrigerant subcooling flow path may be provided between the condenser 114 and the interface heat exchanger 54, in this case passing through the receiving vessel 126. Then, instead of condensing the vapor or vapor-liquid refrigerant, the interface heat exchanger 54 subcools the liquid refrigerant; which is different from the natural subcooling that carbon dioxide, for example, might have been subjected to, since such subcooling is applicable to a much wider range of refrigerants and / or can improve the subcooling efficiency of a refrigerant that can be naturally subcooled. The liquid refrigerant leaving the interface heat exchanger 54 may then be diverted through the outlet shutoff valve 62d to the throttle valve and evaporator, and ultimately cycled back to the compressor 112.

Примечательно, что протяженность трубопровода 120 между конденсатором 114 и теплообменником 54 устройства сопряжения существенно больше для проточного канала переохлаждения хладагента в сравнении с проточным каналом многоступенчатого охлаждения хладагента, что препятствует потенциальной возможности функционирования теплообменника 54 устройства сопряжения в качестве вспомогательного конденсатора. Это означает, что нагрузка конденсации полностью ложится на основной конденсатор 114; а это означает, что теплообменник 54 устройства сопряжения может работать исключительно в качестве устройства переохлаждения только для охлаждения жидкого хладагента.Notably, the length of conduit 120 between condenser 114 and interface heat exchanger 54 is substantially longer for the refrigerant subcooling flow path as compared to the multistage refrigerant cooling flow path, which precludes the potential for interface heat exchanger 54 to function as an auxiliary condenser. This means that the condensation load falls entirely on the main capacitor 114; this means that the interface heat exchanger 54 can function exclusively as a subcooling device only to cool the liquid refrigerant.

Внедрение специального теплообменника 54 устройства сопряжения означает, что может быть повышена и/или оптимизирована холодопроизводительность холодильной системы 110. В частности, переохлаждение в определенной степени компенсирует потерю холодопроизводительности в условиях повышенной температуры окружающей среды, в которых давление нагнетания компрессора 112 повышается до максимального порогового значения. Кроме того, наличие специального теплообменника 54 устройства сопряжения обеспечивает повышение КПД холодильной системы при более низких температурах окружающей среды, так как минимальное давление нагнетания компрессора 112 ограничивает производительность холодильной системы 110, а переохлаждение повышает ее без изменения требований к минимальному давлению нагнетания за счет обеспечения возможности охлаждения жидкого, а не только парообразного или парожидкостного хладагента в конденсаторе 114.The introduction of a dedicated interface heat exchanger 54 means that the refrigeration capacity of the refrigeration system 110 can be increased and / or optimized. In particular, subcooling compensates to some extent for the loss of refrigeration capacity in elevated ambient conditions in which the discharge pressure of the compressor 112 rises to a maximum threshold value. In addition, the presence of a special heat exchanger 54 of the interface device improves the efficiency of the refrigeration system at lower ambient temperatures, since the minimum discharge pressure of the compressor 112 limits the performance of the refrigeration system 110, and subcooling increases it without changing the requirements for the minimum discharge pressure by providing cooling liquid, not just vapor or vapor-liquid refrigerant in condenser 114.

Наличие приемной емкости 126 способствует увеличению возможностей системы по достижению указанного целевого переохлаждения за счет улучшения разделения жидкого и парожидкостного хладагента таким образом, что теплообменник 54 устройства сопряжения может функционировать исключительно для уменьшения энтальпии жидкого хладагента.The presence of the receiving vessel 126 helps to increase the ability of the system to achieve the specified target subcooling by improving the separation of liquid and vapor-liquid refrigerant so that the heat exchanger 54 of the interface device can function exclusively to reduce the enthalpy of the liquid refrigerant.

Конкретная конфигурация трубопровода 120 и патрубков хладагента обеспечивает преимущество, состоящее в том, что пользователь может эксплуатировать холодильную систему 110 в самых разных рабочих режимах за счет подключения устройства 50 сопряжения, включая режим переохлаждения потока хладагента, а также потенциально возможный режим рекуперации тепла потока хладагента, байпасный режим переохлаждения и/или режим многоступенчатого охлаждения. Это достигается за счет наличия конденсатора 114 и теплообменника 54 устройства сопряжения, соединенных по последовательной и параллельной схемам с возможностью избирательного переключения, что позволяет перестраивать конфигурацию проходящего через них проточного канала хладагента. Это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что холодильная система 110 может функционировать в различных режимах в зависимости от потребностей пользователя, а также позволяет реализовать более эффективный способ управления холодильной системой 110.The particular configuration of the piping 120 and refrigerant pipes provides the advantage that the user can operate the refrigeration system 110 in a wide variety of operating modes by connecting the interface 50, including the subcooling mode of the refrigerant stream, as well as the potential heat recovery mode of the refrigerant stream, bypass subcooling mode and / or multi-stage cooling mode. This is achieved through the presence of the condenser 114 and the heat exchanger 54 of the interface device, connected in series and in parallel with the possibility of selective switching, which allows you to reconfigure the flow path of the refrigerant passing through them. This provides the advantage that the refrigeration system 110 can operate in different modes depending on the needs of the user, and also allows for a more efficient way to control the refrigeration system 110.

И хотя в системе, вероятнее всего, будет использован хладагент, представляющий собой или включающий в свой состав углекислый газ, очевидно, что в холодильной системе согласно настоящему изобретению теперь может охлаждаться намного более широкий спектр хладагентов.While the system is likely to use a refrigerant that is or contains carbon dioxide, it will be appreciated that a much wider range of refrigerants can now be cooled in the refrigeration system of the present invention.

Понятно, что направленность потока хладагента в системе имеет значение для обеспечения целевого переохлаждения согласно описанию, представленному в настоящем документе. Следовательно, однонаправленный трубопровод может оказаться предпочтительным для предотвращения или ограничения обратного потока хладагента или его заброса в систему. Это контрастирует с холодильными системами предшествующего уровня техники, в которых направление прохождения хладагента по трубопроводу может быть изменено на обратное.It is understood that the direction of flow of the refrigerant in the system is important to achieve the target subcooling as described herein. Consequently, unidirectional piping may be preferable to prevent or limit refrigerant backflow or backflow into the system. This is in contrast to prior art refrigeration systems, in which the direction of flow of the refrigerant through the piping can be reversed.

Следовательно, можно предусмотреть устройство переохлаждения для парокомпрессионной холодильной системы, которое обеспечивает целевое переохлаждение хладагента. Для этого в устройстве предусмотрен специальный теплообменник устройство сопряжения. Эта схема обеспечивает применимость переохлаждения к намного более широкому спектру хладагентов, благодаря чему повышается КПД процесса охлаждения, как в условиях обычной окружающей среды, так и в экстремальных окружающих условиях.Therefore, a subcooling device can be provided for the vapor compression refrigeration system that provides targeted subcooling of the refrigerant. For this, the device has a special heat exchanger interface device. This design allows subcooling to be applicable to a much wider range of refrigerants, thereby increasing the efficiency of the refrigeration process, both under normal ambient conditions and under extreme environmental conditions.

Слова «содержит/содержащий» и «имеет/имеющий», используемые в настоящем документе в привязке к заявленному изобретению, используются для констатации факта наличия указанных признаков, целых чисел, стадий или компонентов, но не исключают наличие или возможность добавления одного или более другого признака, целого числа, стадии, компонента или группы элементов.The words "contains / contains" and "has / has", used in this document in connection with the claimed invention, are used to state the presence of the specified features, integers, steps or components, but do not exclude the presence or the possibility of adding one or more other features , integer, stage, component, or group of elements.

Ясно, что некоторые признаки настоящего изобретения, которые для наглядности описаны в контексте отдельных вариантов осуществления заявленного изобретения, могут быть также предусмотрены в сочетании в каком-либо одном из вариантов его осуществления. И наоборот, различные признаки настоящего изобретения, которые для краткости описаны в контексте конкретного варианта осуществления заявленного изобретения, могут быть также предусмотрены по отдельности или в любой пригодной для использования подкомбинации.It is clear that some of the features of the present invention, which for clarity are described in the context of separate embodiments of the claimed invention, may also be provided in combination in any one of the variants of its implementation. Conversely, various features of the present invention, which for brevity are described in the context of a particular embodiment of the claimed invention, may also be provided individually or in any suitable subcombination.

Варианты осуществления настоящего изобретения, раскрытые выше, представлены исключительно для примера, и специалистам в данной области техники очевидно, что в них могут быть внесены различные модификации без отступления от объема заявленного изобретения, описанного и определенного в настоящем документе.The embodiments of the present invention disclosed above are presented by way of example only, and it will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made thereto without departing from the scope of the claimed invention described and defined herein.

Claims

1. An interface device (50) for a heating network, said interface device (50) comprising:

a heat exchanger (54) of the interface device;

a plurality of refrigerant pipes (58a, 58b, 58c and 60);

a plurality of shut-off valves (62a, 62b, 62c and 62d) configured to interact with the heating network pipeline (120); and

a controller (56) associated with a plurality of shut-off valves;

said plurality of refrigerant pipes (58a, 58b, 58c and 60) define at least two different refrigerant flow paths passing through the heat exchanger (54) of the interface; wherein at least two different refrigerant flow paths are selectively activated by the controller (56), which controls the state of a plurality of shut-off valves (62a, 62b, 62c and 62d),

characterized in that the first specified refrigerant pipe is represented as an inlet pipe (58a) for subcooling the refrigerant; the second specified refrigerant pipe is represented as an inlet pipe (58b) for multistage refrigerant cooling; the third specified refrigerant pipe is represented as an inlet pipe (58c) for heat recovery of the refrigerant; and the fourth specified refrigerant pipe (60) is represented as a refrigerant outlet pipe; wherein said first, second and third nozzles (58a, 58b and 58c) of the refrigerant define, respectively, a flow channel for subcooling the refrigerant, a flow channel for multistage refrigerant cooling and a flow channel for heat recovery, which pass through the heat exchanger (54) of the interface device and exit it through the specified fourth refrigerant pipe.

2. An interface device (50) according to claim 1, wherein one said shut-off valve is a pre-capacitor shut-off valve (62c); and at least one specified cut-off valve is in the form of a post-condenser cut-off valve (62a, 62b or 62d); moreover, the pre-condenser cutoff valve (62c) is located upstream of the condenser (114) in the heating network; and at least one post-condenser cut-off valve (62a, 62b or 62d) is located downstream of the condenser (114) in said heating network.

3. Refrigeration system (110), containing:

at least one compressor (112);

at least one capacitor (114);

at least one throttle valve;

at least one evaporator;

conduit (120) defining a default refrigerant flow path that passes through one or more compressor (112), condenser (114), throttling valve and evaporator; and

an interface device (50) according to any one of the preceding claims, wherein one said shut-off valve is connected to a pipeline (120) upstream of one or more condensers (114) as a pre-condenser shut-off valve (62c) and at least one said shut-off valve is connected to the pipeline (120) downstream of one or more condensers as a post-condenser shut-off valve (62a, 62b and 62d) and controller (56) selectively controls the flow of refrigerant through conduit (120) and interface (50); wherein at least one of the refrigerant flow channels passing through the interface device (50) is a subcooling flow channel.

4. Refrigeration system (110) according to claim 3, further comprising a receiving vessel (126) in communication with a pipeline (120).

5. Refrigeration system (110) according to claim 4, in which the receiving container (126) is installed on the pipeline (120); wherein one specified post-condenser cut-off valve (62b) is installed on the pipeline in front of the receiving container (126), and another specified post-condenser cut-off valve (62a) is installed on the pipeline (120) behind the receiving container (126).

6. Refrigeration system (110) according to claim 5, wherein at least one said refrigerant flow path is defined by a pipeline (120) and a plurality of nozzles of the interface device (50) so that the refrigerant circulates along the following route: compressor (112); capacitor (114); receiving container (126); a heat exchanger (54) of the interface device; throttle valve; evaporator and compressor (112).

7. Refrigeration system (110) according to claim 6, in which the pipeline (120) and the plurality of nozzles of the interface device (50) define said second refrigerant flow channel, which is a multistage refrigerant cooling flow channel passing between the condenser (114) and the heat exchanger ( 54) of the interface device, in which the condenser (114) and the heat exchanger (54) of the interface device are connected to each other in series, and the heat exchanger (54) of the interface device acts as a second stage condenser.

8. Refrigeration system (110) according to claim 7, in which said second refrigerant flow path is defined by a pipeline and a plurality of nozzles of the interface device (50) such that the refrigerant will circulate along the following route: compressor (112), condenser (114), heat exchanger (54) of the interface device, receiving tank (126), throttle valve, evaporator and compressor (112).

9. Refrigeration system (110) according to claim 7 or 8, in which the length of the pipe (58b) of the interface device (50) between the condenser (114) and the heat exchanger (54) of the interface device will be greater for said subcooling refrigerant flow channel than for said flow channel of multistage refrigerant cooling.

10. Refrigeration system (110) according to claim 9, wherein the conduit (120) and the plurality of nozzles (58a, 58b, 58c and 60) of the interface (50) define said third refrigerant flow path, which is a flow path for heat recovery of the refrigerant in which the capacitor (114) is bypassed.

11. Refrigeration system (110) according to claim 10, wherein said third refrigerant flow path is defined by piping and a plurality of connections (58a, 58b, 58c and 60) of the interface (50) such that the refrigerant will circulate along the following route: compressor (112), interface heat exchanger (54), throttle valve, evaporator and compressor (112).

12. Refrigeration system (110) according to claim 10 or 11, in which the pipeline (120) and the plurality of nozzles (58a, 58b, 58c and 60) of the interface device (50) define said fourth refrigerant flow channel, which is a refrigerant bypass flow channel , which bypasses the interface device (50).

13. Refrigeration system (110) according to claim 12, wherein said fourth refrigerant flow path is defined by conduit (120) and a plurality of connections (58a, 58b, 58c and 60) of interface (50) so that refrigerant will circulate as follows route: compressor (112), condenser (114), throttle valve, evaporator and compressor (112).

14. Refrigeration system (110) according to any one of paragraphs. 10, 11, 13, in which the conduit (120) and a plurality of nozzles (58a, 58b, 58c and 60) of the interface (50) are made unidirectional to prevent backflow of refrigerant.

15. Refrigeration system (110) according to claim 12, wherein the conduit (120) and the plurality of ports (58a, 58b, 58c and 60) of the interface (50) are unidirectional to prevent backflow of refrigerant.

16. A method for producing a multi-mode refrigeration system (110), said method comprising the following steps:

a) ensuring the availability of the refrigeration system (10) according to any of the preceding paragraphs. 3-15, in which the condenser (114) and the heat exchanger (54) of the interface device are selectively connected both in series and in parallel to each other; and

b) the selection of the refrigerant flow path passing through the interface device (50), depending on a given desired function of the system, where one said refrigerant flow path is a flow path passing through the heat exchanger (54) of the interface device and intended for subcooling the refrigerant.

17. A method for increasing the refrigerating capacity of a refrigerant in a refrigeration system (110), said method comprising the following steps:

a) connecting the interface device (50) according to any one of paragraphs. 1 and 2 to the refrigeration system (110);

b) directing the refrigerant into at least one condenser of the refrigeration system to reduce the enthalpy of the refrigerant to the condensing temperature, and

c) directing the refrigerant to the heat exchanger (54) of the interface device to reduce enthalpy and, accordingly, subcooling the condensed liquid refrigerant leaving the condenser (114).