RU2813593C2

RU2813593C2 - Method and device for step starting aggregate air ammonia refrigeration system with small amount of refrigerant

Info

Publication number: RU2813593C2
Application number: RU2021115007A
Authority: RU
Inventors: Джейк Уильям ДЕНИСОН; Доналд Ли ХЭМИЛТОН; Сэмюэл К ВИНЯРД
Original assignee: Эвапко, Инк.
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2024-02-13

Abstract

FIELD: refrigeration engineering.

SUBSTANCE: device for step starting an aggregate air ammonia refrigeration system with a small amount of refrigerant includes motorized valves at the inlet of the condenser coils, a main motorized compressor discharge valve, a pressure bypass control valve in the main compressor piping, check valves at the condenser outlets and a fan speed control capacitor. Motorized condenser inlet valves provide precise control of the gas flow into the condenser. The condenser coil outlet contains in-line check valves. The compressor discharge pipeline contains a single electric valve that regulates the discharge pressure during start-up. The motorized valve on the compressor discharge line also includes a bypass with a mechanical pressure regulator that provides precise control at minimum discharge pressure.

EFFECT: increase of reliability of the system at startup.

20 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретениеField of technology to which the present invention relates

[0001] Настоящее изобретение относится к аммиачным холодильным системам. Предшествующий уровень техники настоящего изобретения[0001] The present invention relates to ammonia refrigeration systems. BACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Для запуска аммиачных холодильных систем с воздушным (не испарительным) охлаждением в условиях низкой температуры окружающей среды прилагаются немалые усилия. По мере того как компрессор нагнетает перегретый пар в конденсатор, холодные змеевики конденсатора сразу же конденсируют любые пары, препятствуя повышению давления нагнетания. Винтовые компрессоры требуют минимального перепада давления внутри корпуса для поддержания соответствующей подачи масла на компоненты компрессора. Площадь поверхности конденсатора с воздушным охлаждением слишком велика для быстрого нарастания перепада давления в условиях сверхнизкой температуры окружающей среды (очень высокой разности температур) во время пуска. В системах с холодильным агентом на основе хлорфторуглеродов (CFC (хлорфторуглерод), HFC (гидрофтороуглерод), HCFC (гидрохлорфторуглерод)) предусмотрены отсечные клапаны на выпуске змеевиков конденсатора, которые принудительно направляют жидкость обратно в конденсатор, уменьшая тем самым площадь поверхности змеевика, способную конденсировать пары. Однако это требует значительного объема холодильного агента в системе, который должен где-то храниться во время эксплуатации системы в штатном режиме. Это неприемлемо для получения аммиачных холодильных систем с малым или критически малым количеством холодильного агента.[0002] Considerable effort is put into running air-cooled (non-evaporative) ammonia refrigeration systems in low ambient temperature conditions. As the compressor forces superheated vapor into the condenser, the cold condenser coils immediately condense any vapor, preventing the discharge pressure from rising. Screw compressors require a minimum pressure drop within the casing to maintain adequate oil flow to the compressor components. The surface area of an air-cooled condenser is too large for the pressure drop to rapidly build up under ultra-low ambient temperature (very high temperature differential) conditions during start-up. Systems with chlorofluorocarbon (CFC), HFC (hydrofluorocarbon), HCFC (hydrochlorofluorocarbon) refrigerant have shut-off valves at the outlet of the condenser coils that force liquid back into the condenser, thereby reducing the surface area of the coil that can condense vapors . However, this requires a significant volume of refrigerant in the system, which must be stored somewhere while the system is in normal operation. This is unacceptable for the production of ammonia refrigeration systems with a small or critically small amount of refrigerant.

Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief Disclosure of the Present Invention

[0003] Настоящее изобретение устраняет проблемы предшествующего уровня техники, обеспечивая возможность индивидуальной изоляции змеевиков конденсатора в момент пуска, что позволяет последовательно вводить змеевики в действие до тех пор, пока конденсатор не нагреется в достаточной степени для поддержания давления нагнетания и давления масла. Настоящее изобретение также устраняет потребность в автономном масляном насосе для поддержания давления масла на требуемом уровне во время пуска.[0003] The present invention overcomes the problems of the prior art by allowing the condenser coils to be individually insulated at startup, allowing the coils to be sequentially operated until the condenser is heated sufficiently to maintain discharge pressure and oil pressure. The present invention also eliminates the need for a self-contained oil pump to maintain oil pressure at the required level during startup.

[0004] Регулирование, потребное для обеспечения стабильной и надежной работы системы во время пуска, осуществляется несколькими компонентами: на всех или одном впуске змеевиков конденсатора могут быть установлены электроприводные вентили; установлен главный электроприводной нагнетательный вентиль компрессора; установлен перепускной регулирующий клапан давления на главном трубопроводе компрессора; установлены обратные клапаны на выпусках конденсатора и орган регулирования частоты вращения вентиляторов конденсатора. Электроприводные вентили на впуске змеевиков обеспечивают точное управление подачей газа или выполняют функции двухпозиционного (вкл./выкл.) вентиля конденсаторов для повышения давления без «схлопывания» давления масла. Электроприводные вентили обеспечивают точную регулировку подачи газа при сверхнизком перепаде давления или обеспечивают двухпозиционное регулирование в случае необходимости. Конденсаторы с воздушным охлаждением могут иметь любую конструкцию: ребристо-трубчатую, микроканальную или иную при горизонтальной или вертикальной схеме расположения трубок. Выпуск змеевика конденсатора содержит вертикально-ориентированные поточные обратные клапаны, предотвращающие обратный ток жидкости в случае изоляции змеевика. Это позволяет изолировать каждый змеевик конденсатора без улавливания значительного количества жидкого холодильного агента в аммиачной холодильной системе с малым количеством холодильного агента. Улавливание значительного объема жидкости в змеевиках конденсатора нарушает нормальный режим пуска агрегатированной аммиачной холодильной системы. Нагнетательный трубопровод компрессора содержит одинарный электроприводной вентиль, регулирующий давление нагнетания. Электроприводной вентиль используется для грубой регулировки газа при пуске. Электроприводной вентиль в нагнетательном трубопроводе компрессора также содержит байпас с механическим регулятором давления, который обеспечивает точную регулировку при минимальном давлении нагнетания. При повышении давления нагнетания свыше минимальной уставки начинают поочередно размыкаться соленоидные катушки на впуске конденсатора. Электроприводной вентиль, регулирующий давление нагнетания, будет одновременно регулировать давление нагнетания до тех пор, пока змеевик конденсатора не нагреется в достаточной степени для поддержания давления нагнетания. Для поддержания устойчивой работы во время пуска также используется орган управления частотой вращения вентиляторов.[0004] The control required to ensure stable and reliable operation of the system during startup is accomplished by several components: motorized valves may be installed on all or one inlet of the condenser coils; the main electrically driven compressor discharge valve is installed; a pressure bypass control valve is installed on the main compressor pipeline; check valves are installed at the condenser outlets and a control unit for the speed of rotation of the condenser fans. Motorized coil inlet valves provide precise gas control or function as an on/off valve for condensers to increase pressure without collapsing oil pressure. Motorized valves provide precise control of gas flow at ultra-low pressure drop or provide on/off control when required. Air-cooled condensers can have any design: fin-tube, microchannel, or another with a horizontal or vertical tube arrangement. The condenser coil outlet contains vertically oriented flow check valves to prevent reverse flow of liquid if the coil is isolated. This allows each condenser coil to be insulated without trapping significant amounts of liquid refrigerant in a low-refrigerant ammonia refrigeration system. The trapping of a significant volume of liquid in the condenser coils disrupts the normal start-up mode of the packaged ammonia refrigeration system. The compressor discharge pipeline contains a single electric valve that regulates the discharge pressure. The motorized valve is used for coarse gas control during start-up. The motorized valve in the compressor discharge line also contains a bypass with a mechanical pressure regulator that provides precise control at minimum discharge pressure. When the discharge pressure increases above the minimum setting, the solenoid coils at the condenser inlet begin to open alternately. The discharge pressure control motorized valve will simultaneously regulate discharge pressure until the condenser coil is heated enough to maintain discharge pressure. To maintain stable operation during startup, the fan speed control is also used.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

[0005] На фиг. 1 показана схема холодильной системы согласно варианту осуществления настоящего изобретения с одним компрессором.[0005] In FIG. 1 is a diagram of a refrigeration system according to an embodiment of the present invention with a single compressor.

[0006] На фиг. 2 представлен увеличенный вид верхней правой части схемы, показанной на фиг.1.[0006] In FIG. 2 is an enlarged view of the upper right portion of the circuit shown in FIG. 1.

[0007] На фиг. 3 показана схема холодильной системы согласно варианту осуществления настоящего изобретения с двумя компрессорами.[0007] In FIG. 3 is a diagram of a refrigeration system according to an embodiment of the present invention with two compressors.

[0008] На фиг. 4 представлен увеличенный вид верхней правой части схемы, показанной на фиг. 3.[0008] In FIG. 4 is an enlarged view of the upper right portion of the circuit shown in FIG. 3.

Подробное раскрытие настоящего изобретенияDetailed Disclosure of the Present Invention

[0009] На фиг. 1 представлена схема технологического процесса и расположения контрольно-измерительной аппаратуры в агрегатированной холодильной системе с малым количеством холодильного агента, снабженной одним компрессором и конденсатором с воздушным (не испарительным) охлаждением, предназначенной для установки в технической надстройке, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Увеличенный вид верхней правой четверти схемы, показанной на фиг. 1, представлен на фиг. 2. На фиг. 3 показана схема технологического процесса и расположения контрольно-измерительной аппаратуры в агрегатированной холодильной системе с малым количеством холодильного агента, снабженной двумя компрессорами и конденсатором с воздушным охлаждением, предназначенной для установки в технической надстройке, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Увеличенный вид верхней правой четверти схемы, показанной на фиг.3, представлен на фиг. 4.[0009] In FIG. 1 shows a diagram of the technological process and arrangement of control and measuring equipment in an aggregate refrigeration system with a small amount of refrigerant, equipped with one compressor and an air-cooled (non-evaporative) condenser, intended for installation in a technical superstructure, according to one of the embodiments of the present invention. An enlarged view of the upper right quarter of the diagram shown in FIG. 1 is shown in FIG. 2. In FIG. 3 shows a diagram of the process flow and instrumentation arrangement of a low-volume refrigeration system equipped with two compressors and an air-cooled condenser for installation in a technical superstructure, according to one embodiment of the present invention. An enlarged view of the upper right quarter of the circuit shown in FIG. 3 is shown in FIG. 4.

[0010] Система включает в себя испарители 2а и 2b, содержащие, соответственно, змеевики 4а и 4b испарителей; конденсатор 8; компрессор/компрессоры 10; дросселирующие устройства 11а и 11b (которые могут быть представлены в виде клапанов, дозирующих жиклеров или иных дросселирующих устройств); насос 16; устройство 12 для отделения жидкости от пара; и экономайзер 14. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 12 для отделения жидкости от пара может представлять собой рециркуляционную емкость. Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения устройство 12 для отделения жидкости от пара и/или экономайзер 14 могут быть выполнены в виде одно- или двухфазных циклонных сепараторов. Указанные элементы могут соединяться с использованием стандартного трубопровода для холодильного агента так, как это показано на фиг. 1-4. В контексте настоящего изобретения термин «соединен с» или «соединен посредством» обозначает прямое или непрямое соединение, если только не указано иное.[0010] The system includes evaporators 2a and 2b comprising, respectively, evaporator coils 4a and 4b; capacitor 8; compressor/compressors 10; throttling devices 11a and 11b (which may be in the form of valves, metering jets or other throttling devices); pump 16; device 12 for separating liquid from steam; and an economizer 14. According to one embodiment of the present invention, the device 12 for separating liquid from vapor may be a recirculation vessel. According to other embodiments of the present invention, the liquid/vapor separating device 12 and/or the economizer 14 may be configured as single- or two-phase cyclone separators. These elements can be connected using standard refrigerant piping as shown in FIG. 1-4. In the context of the present invention, the term "connected to" or "connected by" means a direct or indirect connection, unless otherwise indicated.

[0011] Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг. 1-4, жидкий холодильный агент низкого давления (LPL) подается в испаритель насосом 16 через дросселирующие устройства 11. Холодильный агент принимает тепло из охлаждаемого пространства, покидает испаритель в виде смеси пара низкого давления (LPV) и жидкости, после чего поступает в устройство 12 для отделения жидкости от пара (которым в необязательном варианте может служить циклонный сепаратор), которое отделяет жидкость от пара. Жидкий холодильный агент (LPL) возвращается в насос 16, а пар (LPV) поступает в компрессор 10, который сжимает пар и подает пар высокого давления (HPV) в конденсатор 8, который конденсирует его и преобразует в жидкость высокого давления (HPL). Жидкость HPL поступает в экономайзер 14, который обеспечивает повышение КПД (коэффициента полезного действия) системы за счет преобразования жидкости высокого давления (HPL) в жидкость промежуточного давления (IPL), а затем подает ее в устройство 12 для отделения жидкости от пара, которое питает насос 16 жидким холодильным агентом низкого давления (LPL), завершая тем самым холодильный цикл.[0011] According to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1-4, low pressure liquid refrigerant (LPL) is supplied to the evaporator by pump 16 through throttling devices 11. The refrigerant accepts heat from the refrigerated space, leaves the evaporator as a mixture of low pressure vapor (LPV) and liquid, and then enters device 12 to separate the liquid from the vapor (which may optionally be a cyclone separator), which separates the liquid from the vapor. The liquid refrigerant (LPL) returns to the pump 16 and the vapor (LPV) enters the compressor 10, which compresses the vapor and supplies the high pressure vapor (HPV) to the condenser 8, which condenses it and converts it into high pressure liquid (HPL). The HPL liquid enters the economizer 14, which improves the efficiency of the system by converting the high pressure liquid (HPL) to the intermediate pressure liquid (IPL), and then supplies it to the liquid-vapor separator 12, which powers the pump. 16 low pressure liquid refrigerant (LPL), thereby completing the refrigeration cycle.

[0012] На фиг. 1-4 также показана многочисленная регулирующая, запорная и предохранительная арматура, а также датчики температуры и давления (также называемые индикаторами или контрольно-измерительными приборами), предназначенные для непрерывного контроля и управления системой.[0012] In FIG. 1-4 also show numerous control, shut-off and safety valves, as well as temperature and pressure sensors (also called indicators or instruments) designed to continuously monitor and control the system.

[0013] Усовершенствованная конфигурация и способ пуска системы с одним компрессором, устанавливаемой в технической надстройке[0013] Improved configuration and start-up method for a single compressor system installed in a technical superstructure

[0014] В варианте осуществления с одним компрессором (см. фиг. 1 и 2, в частности, фиг. 2) электроприводные вентили 101, 102 и 103 на впуске конденсатора установлены на входе пучков змеевиков конденсатора. Электроприводные вентили могут выполнять функцию арматуры плавного регулирования или двухпозиционных вентилей.[0014] In the single compressor embodiment (see FIGS. 1 and 2, particularly FIG. 2), condenser inlet motor valves 101, 102 and 103 are mounted at the inlet of the condenser coil banks. Electrically driven valves can perform the function of modulating valves or on-off valves.

[0015] Для обеспечения наличия необходимой доступной поверхности во время пуска открывается один пучок конденсатора. По мере нагружения системы начнут открываться вентили 101, 102 и 103. После открытия всех вентилей плавное регулирование вентиляторов берет на себя орган регулирования давления. Очередность использования арматуры и вентиляторов может варьироваться с учетом функционирования и конструкции системы.[0015] To ensure that the required accessible surface is available during startup, one capacitor bank is opened. As the system loads, valves 101, 102 and 103 will begin to open. After all valves are opened, the pressure control element takes over the smooth regulation of the fans. The order of use of fittings and fans may vary depending on the operation and design of the system.

[0016] Электроприводной вентиль 104 и регулятор 105 давления аммиака обеспечивают точное регулирование расхода газообразного аммиака во время пуска системы в условиях низкой температуры окружающей среды. Во время пуска все электроприводные вентили закрываются, а регулятор давления регулирует дифференциальное давление в компрессоре, обеспечивая надлежащий расход масла. Регулятор 105 давления аммиака обеспечивает регулирование его расхода в малом объеме. По мере нагружения компрессора расход газообразного аммиака возрастает. Электроприводной вентиль 104 начинает открываться и регулировать давление нагнетания, дифференциальное давления в компрессоре и расход масла.[0016] Motorized valve 104 and ammonia pressure regulator 105 provide precise control of ammonia gas flow during system startup in low ambient temperature conditions. During start-up, all motorized valves are closed and the pressure regulator regulates the differential pressure in the compressor, ensuring proper oil flow. The ammonia pressure regulator 105 provides regulation of its flow in a small volume. As the compressor is loaded, the consumption of ammonia gas increases. Motorized valve 104 begins to open and regulate discharge pressure, compressor differential pressure, and oil flow.

[0017] Следующий этап при пуске системы предусматривает начало открытия электроприводных вентилей 101, 102 и 103 конденсатора и сопутствующий поэтапный запуск вентиляторов конденсатора.[0017] The next step in system startup involves beginning to open the motorized condenser valves 101, 102 and 103 and concomitantly starting the condenser fans in stages.

[0018] Обратные клапаны 106, 107, 108 и 109, установленные на выпуске пучков конденсатора, используются для предотвращения обратного тока жидкого аммиака в конденсатор или иные пучки змеевиков в периоды простоя или работы в нормальном режиме.[0018] Check valves 106, 107, 108 and 109 installed at the outlet of the condenser bundles are used to prevent liquid ammonia from flowing back into the condenser or other coil bundles during periods of idle or normal operation.

[0019] Каждый из вентилей 101, 102, 103 и 105 активируется прикрепленными микроконтроллерами или PLC (программируемой логикой). Центральный микроконтроллер или PLC отслеживает состояние каждого вентиля, а также давление нагнетания, и направляет действия вентилей соответствующим образом для последовательного пуска змеевиков конденсатора с поддержанием требуемого давления газа и масла.[0019] Each of the gates 101, 102, 103 and 105 are activated by attached microcontrollers or PLCs (programmable logic). A central microcontroller or PLC monitors the status of each valve, as well as the discharge pressure, and directs the valve actions accordingly to sequentially start the condenser coils to maintain the required gas and oil pressure.

[0020] Для каждого состояния окружающей среды требуется не вся арматура. На практике при температуре окружающей среды свыше определенного уровня может не потребоваться регулятор низкой температуры окружающей среды. Следовательно, арматура может быть установлена и скомпонована таким образом, чтобы оптимизировать работу при пуске с учетом температуры окружающей среды.[0020] Not all fittings are required for each environmental condition. In practice, ambient temperatures above a certain level may not require a low ambient temperature controller. Consequently, the fittings can be installed and configured in such a way as to optimize start-up performance taking into account the ambient temperature.

[0021] Усовершенствованная конфигурация и способ пуска системы с двумя (изолированными) компрессорами, устанавливаемой в технической надстройке[0021] Improved configuration and start-up method for a two (isolated) compressor system installed in a technical superstructure

[0022] На фиг. 3 и 4 представлена схема технологического процесса и расположения контрольно-измерительной аппаратуры в агрегатированной холодильной системе с малым количеством холодильного агента, снабженной двумя компрессорами и конденсатором с воздушным охлаждением, предназначенной для установки в технической надстройке. Конструкция с двумя компрессорами использует концепцию изолированных компрессоров. Компрессоры используют разные маслоотделители, маслоохладители и пучки конденсаторов.[0022] In FIG. 3 and 4 show a diagram of the technological process and the arrangement of control and measuring equipment in an aggregate refrigeration system with a small amount of refrigerant, equipped with two compressors and an air-cooled condenser, intended for installation in a technical superstructure. The dual compressor design uses the concept of isolated compressors. Compressors use different oil separators, oil coolers and condenser banks.

[0023] Электроприводные вентили 110, 111, 112 и 113 установлены на входе пучков змеевиков конденсатора. Электроприводные вентили могут выполнять функции арматуры плавного регулирования или двухпозиционных вентилей.[0023] Motorized valves 110, 111, 112 and 113 are mounted at the inlet of the condenser coil banks. Electrically driven valves can perform the functions of modulating valves or on-off valves.

[0024] Во время пуска электроприводные вентили 111 и 112 будут открыты минимально, только чтобы обеспечивать возможность поступления газообразного аммиака на змеевик конденсатора. По мере нагружения системы электроприводные вентили 111 и 112 будут открыты на 100%, и начнут открываться вентили 113 и 110. После открытия всех вентилей плавное регулирование вентиляторов берет на себя орган регулирования давления. Очередность использования арматуры и вентиляторов может варьироваться с учетом функционирования и конструкции системы.[0024] During startup, motorized valves 111 and 112 will be opened minimally, only to allow ammonia gas to flow to the condenser coil. As the system loads, motorized valves 111 and 112 will open 100%, and valves 113 and 110 will begin to open. Once all valves are open, the pressure control takes over the smooth control of the fans. The order of use of fittings and fans may vary depending on the operation and design of the system.

[0025] Точная регулировка газообразного аммиака во время пуска системы обеспечивается элементами, указанными ниже.[0025] Accurate control of ammonia gas during system startup is ensured by the elements listed below.

[0026] Компрессор №1[0026] Compressor No. 1

a. Вентиль №114. Электроприводной вентильa. Valve No. 114. Motorized valve

b. Вентиль №115. Регулятор давленияb. Valve No. 115. Pressure regulator

c. Пуск требует закрытия всей электроприводной арматуры и регулирования дифференциального давления в компрессоре регулятором давления для обеспечения надлежащего расхода масла. Во время пуска вся электроприводная арматура закрывается, и регулятор давления осуществляет регулирование дифференциального давления в компрессоре с целью обеспечения надлежащего расхода масла. Регулятор давления аммиака обеспечивает регулирование его расхода в малом объеме. По мере нагружения компрессора расход газообразного аммиака возрастает. Электроприводной вентиль №114 начинает открываться и регулировать давление нагнетания, дифференциальное давление в компрессоре и расход масла.c. Start-up requires closing all electric drive valves and regulating the differential pressure in the compressor with a pressure regulator to ensure proper oil flow. During start-up, all electric drive valves are closed and the pressure regulator regulates the differential pressure in the compressor to ensure proper oil flow. The ammonia pressure regulator provides regulation of its flow in a small volume. As the compressor is loaded, the consumption of ammonia gas increases. Motorized valve #114 begins to open and regulate discharge pressure, compressor differential pressure and oil flow.

[0027] Компрессором №2[0027] Compressor No. 2

a. Вентиль №116. Электроприводной вентильa. Valve No. 116. Motorized valve

b. Вентиль №117. Регулятор давленияb. Valve No. 117. Pressure regulator

c. Пуск требует закрытия всей электроприводной арматуры и регулирования дифференциального давления в компрессоре регулятором давления для обеспечения надлежащего расхода масла. Во время пуска вся электроприводная арматура закрывается, и регулятор давления осуществляет регулирование дифференциального давления в компрессоре с целью обеспечения надлежащего расхода масла. Регулятор давления аммиака обеспечивает регулирование его расхода в малом объеме. По мере нагружения компрессора расход газообразного аммиака возрастает. Электроприводной вентиль №116 начинает открываться и регулировать давление нагнетания, дифференциальное давление в компрессоре и расход масла.c. Start-up requires closing all electric drive valves and regulating the differential pressure in the compressor with a pressure regulator to ensure proper oil flow. During start-up, all electric drive valves are closed and the pressure regulator regulates the differential pressure in the compressor to ensure proper oil flow. The ammonia pressure regulator provides regulation of its flow in a small volume. As the compressor is loaded, the consumption of ammonia gas increases. Motorized valve #116 begins to open and regulate discharge pressure, compressor differential pressure and oil flow.

[0028] Следующая стадия предусматривает начало открытия электроприводных вентилей (110, 111, 112 и 113) конденсатора и соответствующий поэтапный запуск вентиляторов конденсатора.[0028] The next step involves starting to open the motorized condenser valves (110, 111, 112 and 113) and correspondingly starting the condenser fans in stages.

[0029] Обратные клапаны (118, 119, 120 и 121) используются для предотвращения обратного тока жидкого аммиака в конденсатор или иные пучки змеевиков в периоды простоя или работы в нормальном режиме.[0029] Check valves (118, 119, 120 and 121) are used to prevent liquid ammonia from flowing back into the condenser or other coil banks during periods of idle or normal operation.

[0030] Как и в варианте осуществления с одним компрессором каждый из вентилей 110-117 активируется прикрепленными микроконтроллерами или PLC. Центральный микроконтроллер или PLC отслеживает состояние каждого вентиля, а также давление нагнетания, и направляет действия вентилей соответствующим образом для последовательного пуска змеевиков конденсатора с поддержанием требуемого давления газа и масла. Для каждого состояния окружающей среды требуется не вся арматура. На практике при температуре окружающей среды свыше определенного уровня может не потребоваться регулятор низкой температуры окружающей среды. Следовательно, арматура может быть установлена и скомпонована таким образом, чтобы оптимизировать работу при пуске с учетом температуры окружающей среды.[0030] As in the single compressor embodiment, each of the valves 110-117 is activated by attached microcontrollers or PLCs. A central microcontroller or PLC monitors the status of each valve, as well as the discharge pressure, and directs the valve actions accordingly to sequentially start the condenser coils to maintain the required gas and oil pressure. Not all fittings are required for every environmental condition. In practice, ambient temperatures above a certain level may not require a low ambient temperature controller. Consequently, the fittings can be installed and configured in such a way as to optimize start-up performance taking into account the ambient temperature.

[0031] Согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения испаритель расположен внутри модуля испарителя (устанавливаемого в технической надстройке), а остальные компоненты системы, показанные на фиг. 1-4 (за исключением змеевиков и вентиляторов конденсатора и связанных с ними структур), заключены в корпус, такой как модуль машинного отделения. Змеевики и вентиляторы конденсатора могут быть установлены поверх указанного корпуса или модуля машинного отделения для обеспечения полностью автономной системы, монтируемой на крыше. Конденсатор с воздушным охлаждением может быть необязательно снабжен адиабатической системой предварительного охлаждения воздуха. Вся система в целом может полностью помещаться в двух модулях, монтируемых на крыше, что значительно облегчает ее перевозку к месту установки автодорожным транспортом, например, при помощи не требующих сопровождения транспортных средств разрешенной грузоподъемности с плоской платформой. Модуль, устанавливаемый в технической надстройке, и модуль машинного отделения могут быть разделены для транспортировки и/или конечной установки, но согласно наиболее предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения модуль, устанавливаемый в технической надстройке, и модуль машинного отделения устанавливают рядом друг с другом для максимального снижения количества холодильного агента. Согласно наиболее предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения модуль, устанавливаемый в технической надстройке, и модуль машинного отделения интегрированы в единый модуль, хотя пространство испарителя отделено и изолировано от пространства машинного отделения в соответствии с требованиями отраслевых норм и правил. Согласно одному из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения змеевик испарителя может быть смонтирован в охлаждаемом пространстве вблизи, ниже или на удалении от модуля машинного отделения.[0031] According to various embodiments of the present invention, the evaporator is located within the evaporator module (installed in the technical superstructure), and the remaining system components shown in FIG. 1-4 (excluding condenser coils and fans and associated structures), are enclosed in a housing such as an engine room module. Condenser coils and fans can be installed on top of a specified engine room enclosure or module to provide a completely self-contained roof mounted system. The air-cooled condenser may optionally be provided with an adiabatic air pre-cooling system. The entire system can be completely contained in two modules mounted on the roof, which greatly facilitates its transportation to the installation site by road, for example, using unaccompanied vehicles with an approved load-carrying capacity with a flat platform. The technical superstructure module and the engine room module may be separated for transport and/or final installation, but in the most preferred embodiments of the present invention, the technical superstructure module and the engine room module are installed next to each other to minimize the number of refrigerant. According to the most preferred embodiment of the present invention, the technical superstructure module and the engine room module are integrated into a single module, although the evaporator space is separated and isolated from the engine room space in accordance with the requirements of industry regulations. According to one alternative embodiment of the present invention, the evaporator coil may be mounted in a refrigerated space near, below, or remote from the engine room module.

[0032] Сочетание признаков, описанных в настоящем документе, обеспечивает получение холодильной системы со сверхмалым количеством холодильного агента в сравнении с предшествующим уровнем техники. В частности, настоящее изобретение выполнено с возможностью потребления менее шести фунтов аммиака в расчете на одну тонну хладопроизводительности. Согласно одному из предпочтительных вариантов своего осуществления настоящее изобретение может потребовать менее четырех фунтов аммиака в расчете на одну тонну хладопроизводительности; а согласно наиболее предпочтительным вариантам своего осуществления настоящее изобретение может эффективно функционировать, используя менее двух фунтов аммиака в расчете на одну тонну хладопроизводительности.[0032] The combination of features described herein provides a refrigeration system with an ultra-low amount of refrigerant compared to the prior art. In particular, the present invention is designed to consume less than six pounds of ammonia per ton of refrigeration capacity. In one preferred embodiment, the present invention may require less than four pounds of ammonia per ton of refrigeration capacity; and in its most preferred embodiments, the present invention can operate effectively using less than two pounds of ammonia per ton of refrigeration capacity.

[0033] Хотя настоящее изобретение описано, главным образом, в контексте холодильных систем, где в качестве холодильного агента используется аммиак, предполагается, что заявленное изобретение равным образом применимо к холодильным системам, в которых используются другие естественные холодильные агенты, в том числе углекислый газ.[0033] Although the present invention is described primarily in the context of refrigeration systems using ammonia as a refrigerant, it is intended that the claimed invention is equally applicable to refrigeration systems that use other natural refrigerants, including carbon dioxide.

[0034] Представленное описание носит исключительно иллюстративный характер, и поэтому предполагается, что изменения, которые не отступают от сущности агрегатированной (одномодульной или двухмодульной интегрированной и компактной системы) холодильной системы с малым количеством холодильного агента (т.е. менее 10 фунтов в расчете на одну тонну хладопроизводительности), входят в объем настоящего изобретения. Любые варианты, которые отличаются от конкретных вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, но представляют собой агрегатированную жидкостную рециркуляционную холодильную систему с количеством холодильного агента не более 10 фунтов на тонну хладопроизводительности, не должны считаться отступлением от сущности и объема настоящего изобретения, которые определены прилагаемой формулой изобретения.[0034] The description presented is for illustrative purposes only and, therefore, modifications that do not depart from the essence of a packaged (single-module or dual-module integrated and compact system) low-refrigerant charge (i.e., less than 10 pounds per unit) refrigeration system are intended to be one ton of refrigeration capacity) are within the scope of the present invention. Any embodiments which differ from the specific embodiments described herein but are an integrated liquid recirculating refrigeration system with an amount of refrigerant not exceeding 10 pounds per ton of refrigeration capacity shall not be considered to depart from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. inventions.

Claims

1. Refrigeration system containing:

refrigerant evaporator coil;

a liquid-vapor separating device connected to an outlet of said evaporator coil through a refrigerant conduit and configured to separate the low-pressure vapor refrigerant from the low-pressure liquid refrigerant;

a refrigerant compressor connected to an outlet of said liquid-vapor separating device through a refrigerant conduit and configured to compress refrigerant vapor coming from said liquid-vapor separating device;

an electrically actuated compressor discharge valve connected to the outlet of said refrigerant compressor through a refrigerant conduit and configured to roughly adjust the discharge pressure during system startup;

a pressure bypass control valve connected to an outlet of said refrigerant compressor through a refrigerant conduit and configured to accurately adjust the discharge pressure during startup;

an air-cooled refrigerant condenser comprising a plurality of condenser coils, connected to said motorized compressor discharge valve and said bypass pressure control valve via a refrigerant conduit, and configured to condense vapor refrigerant produced in said compressor into liquid refrigerant;

a motorized valve coupled to an inlet of at least one of said condenser coils, configured to regulate the supply of gas to the condenser coils, thereby allowing the pressure to increase while maintaining a level of oil pressure sufficient to operate the compressor;

a vertically oriented in-line check valve connected to the outlet of at least one of said condenser coils and configured to prevent reverse flow of liquid;

a collection container connected to an outlet of said condenser through a refrigerant conduit for obtaining liquid refrigerant from said condenser; And

a refrigerant conduit connecting an outlet of said collection container to an inlet of said liquid-vapor separating device, and configured to deliver liquid refrigerant to said liquid-vapor separating device;

wherein said device for separating liquid from vapor is characterized by having an outlet which is connected to the inlet of said evaporator coil through a refrigerant line; And

wherein said device for separating liquid from vapor, said compressor and said collection container are located inside a pre-equipped modular housing.

2. The refrigeration system according to claim 1, in which the specified refrigerant is ammonia.

3. The refrigeration system according to claim 1, wherein said device for separating liquid from vapor includes a recirculation tank.

4. The refrigeration system of claim 1, wherein said collection container includes an economizer.

5. The refrigeration system according to claim 1, further comprising an oil separator tank configured to separate compressor oil from the vapor refrigerant obtained from said compressor.

6. The refrigeration system of claim 1, wherein said air-cooled condenser includes condenser fans and is mounted on top of or adjacent to said pre-fitted modular housing.

7. The refrigeration system according to claim 1, wherein said air-cooled condenser comprises an adiabatic air pre-cooling system.

8. The refrigeration system of claim 1, wherein said evaporator coil is mounted in a factory-made evaporator module compartment.

9. The refrigeration system of claim 1, wherein said evaporator coil is mounted in a refrigerated space adjacent to or below said factory-fabricated transportable modular enclosure.

10. The refrigeration system of claim 1, which requires less than ten pounds of refrigerant per ton of refrigeration capacity.

11. The refrigeration system of claim 1, which requires less than four pounds of refrigerant per ton of refrigeration capacity.

12. Refrigeration system containing:

an air-cooled refrigerant condenser including a plurality of condenser coils;

a motorized valve coupled to an inlet of at least one of said condenser coils and configured to regulate the supply of gas to the condenser coil, thereby allowing pressure to increase while maintaining a level of oil pressure sufficient to operate the compressor;

a vertically oriented in-line check valve connected to the outlet of at least one of said condenser coils and configured to prevent reverse flow of liquid; And

a prefabricated transportable modular housing, the dimensions of which allow access to it by a technician for maintenance, wherein said prefabricated transportable modular housing contains:

a device for separating liquid from vapor, configured to be connected to an outlet of the evaporator through a refrigerant conduit;

a refrigerant compressor connected to an outlet of said vapor-liquid separating device through a refrigerant line, and connected to an inlet of said condenser through a refrigerant line;

a pressure bypass control valve connected to an outlet of said refrigerant compressor through a refrigerant conduit and configured to accurately adjust the discharge pressure during startup; wherein:

said motorized compressor discharge valve and said bypass pressure control valve are connected to said air-cooled refrigerant condenser via a refrigerant conduit;

a collection container connected to an outlet of said air-cooled condenser through a refrigerant conduit;

a refrigerant pipeline connecting the outlet of said collection container to the inlet of said liquid-vapor separating device;

wherein said device for separating liquid from vapor is characterized by the presence of an outlet configured to be connected to the inlet of the evaporator through a refrigerant pipeline;

wherein said refrigeration system further contains refrigerant in a volume of less than ten pounds of refrigerant per ton of refrigeration capacity.

13. The refrigeration system of claim 12, further comprising an evaporator connected to an inlet of said liquid-vapor separating device and connected to an outlet of said liquid-vapor separating device.

14. The refrigeration system according to claim 13, in which the specified evaporator is mounted in a modular compartment of a factory-made evaporator.

15. The refrigeration system of claim 13, wherein said evaporator is mounted in a refrigerated space adjacent to or below said prefabricated transportable modular enclosure.

16. The refrigeration system of claim 12, further comprising a recirculation pump located in the refrigerant flow path between the liquid outlet of said liquid-vapor separating device and the inlet of the evaporator.

17. The refrigeration system of claim 12, wherein said air-cooled condenser includes a fan and is configured to be mounted on top of or adjacent to said transportable modular prefabricated enclosure.

18. A method for starting an aggregated air ammonia refrigeration system with a small amount of refrigerant, containing an evaporator, a device for separating liquid from steam, a compressor, an air-cooled condenser containing a plurality of condenser coils, and a collection tank, and does not require an independent oil pump for maintaining the required oil pressure during startup, and this method involves:

causing refrigerant flow to alternately flow through said condenser coils until each condenser coil is heated sufficiently to maintain discharge pressure and oil pressure;

using a motorized valve in a discharge line that comes from said compressor to roughly adjust the flow rate of gas leaving said compressor;

using a pressure bypass control valve in said discharge conduit that comes from said compressor to accurately regulate the flow rate of gas leaving said compressor;

using an electrically driven valve at the inlet of at least one condenser coil in said air-cooled condenser to control the supply of gas to said condenser coil;

using check valves at the outlet of at least one condenser coil to prevent reverse flow of liquid while insulating the coil;

continuously monitoring the gas pressure in said discharge conduit that comes from said compressor, and regulating the opening of said inlet motorized valves of the at least one condenser coil based on said monitored gas pressure using a microcontroller or programmable logic controller.

19. A method for modifying an aggregated air ammonia refrigeration system with a small amount of refrigerant, containing an evaporator, a device for separating liquid from steam, a compressor, an air-cooled condenser and a collection container, wherein said method includes:

installing electric valves on the inlet of at least one condenser coil and installing an electric valve on the main discharge pipeline of the compressor;

installing a pressure bypass control valve on said main compressor discharge pipeline; And

installing in-line check valves at the outlet of at least one condenser coil.

20. The method according to claim 19, which involves installing electric drive fittings at the inlets of all condenser coils, except one.