SE527635C2 - Kylmaskinanläggning - Google Patents

Description

l0 l5 20 25 30 35 527 635 rens kylmedelsgenomströmmade kanal/ledning. Normalt sett behö- ver det nämnda problemet inte uppträda, under förutsättning att kylmedelskylaren är korrekt dimensionerad.

Om kylaren/värmeväxlaren har stora värmevâxlingsytor, uppkommer inget stort problem, eftersom värmeövergängen från kylvätskan till värmeväxlareröret inte är dimensionerande; istället är värmeövergàngen från röret till den kylande atmosfärsluften di- mensionerande. Eftersom man i den kända anläggningen enbart va- rierar flödet av kylvätska genom värmevâxlaren, men inte varie- rar den kylande luftmängden, kan man acceptera att kylvätskans flöde/hastighet genom värmeväxlarens rörledning minskar. Om däremot den i anläggningen installerade kylmedelsky1aren/- värmeväxlaren initialt har valts alltför liten, dvs att den har relativt smà värmeväxlingsytor, så kan försämringen av värme- övergången mellan kylvätskan och värmeväxlareröret ha en bety- dande inverkan och medföra att kylmedelskylaren/värmeväxlaren får en minskad kapacitet. Vidare uppträder en relativt stor energiförbrukning i värmevâxlareanordningens fläktar, om värme- växlaren har snàlt tilltagna värmeväxlingsytor, och omvänt. Om värmeväxlarens dimensionering är snålt tilltagen, kan alltså resultatet bli att en stegrad energiförbrukning till värmeväx- larens fläktar erfordras, och detta förhållande år naturligtvis inte önskvärt.

Ett ändamål med uppfinningen är därför att helt eller delvis undanröja det indikerade problemet vid en anläggning av den redovisade förut kända arten. Ändamålet uppnås genom uppfinningen.

Uppfinningen definieras i det bilagda kravet 1.

Uppfinningen innebär i grunden att man vid den inledningsvis angivna kylmaskinanläggningen driver den primära värmeväxlarens pump till att leverera ett väsentligen konstant flöde, att en shuntledning etableras mellan làgtryckssidan och högtryckssi- 10 15 20 25 30 35 527 635 3 ßüšfmnäïiü 2 i 2 'Ü 'f 2 °u' u' 0:- n' dan, att en flödesregleranordning är tillhandahàllen för att styra flödet genom shuntledningen och att differenstryckgivaren är anordnad att styra flödesregleranordningen för upprätthål- lande av ett i huvudsak konstant differenstryck mellan låg- tryckssidan och högtryckssidan. Genom uppfinningen uppnås så- lunda att ett konstant flöde kan uppràtthållas genom den primä- ra vårmeväxlaren för bibehållande av kylmedelsturbulens däri, samtidigt som en konstant tryckskillnad upprätthålles mellan högtryckssidan och lågtryckssidan och ett variabelt flöde till kondensorerna medges.

Genom uppfinningen uppnås vidare fördelen av att en pump som är konstruerad för att löpa med fast varvtal normalt betingar en lägre kostnad än en pump som är utformad för att kunna drivas med varierande varvtal.

Utföringsformer av uppfinningen anges i de bilagda osjälvstän- diga patentkraven.

De enskilda kylmaskinernas kondenseringstryck styrs genom en ventil, vilken reglerar flödet av kylmedel genom kondensorn.

Ventilen styrs av kondenseringstrycket eller av det avgående kylmedlets temperatur.

Alternativt kan kondenseringstrycket styras genom att man styr den effektiva kylytan i kondensorn. Detta sker på systemets köldmediesida (”freonsidan”). Termostaten som ligger på den andra primära värmeväxlarens utloppssida styr inkopplingen av fläktarna som driver omgivningsluft genom denna andra primära värmevâxlare för att tillfredsställa kylningsbehovet.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i exempelform med hänvisning till den bilagda ritningen.

Fig 1 visar schematiskt en anläggning enligt uppfinningen.

Fig. 2 visar schematiskt en variant av anläggningen enligt Fig. 1. 10 15 20 25 30 35 Anläggningen innefattar en cirkulationskrets 10 vilken inne- håller en vätska såsom en glykol/vattenblandning. Kretsen inne- håller en vârmeförbrukare, vilken representeras av en värmevâx- lare 11 och vilken överför värme från kretsen 10 till en värme- àtervinningskrets 14 som är fluidgenomströmmad. Kretsen 10 in- nehåller även en primär värmeväxlare 20 med vilken Överskotts- värme avges till miljön exempelvis till omgivningsluften.

Kretsen 10 innehåller en pump 12 (P2) som driver kretsens 10 kylmedel genom vârmeväxlaren 11. Värmevàxlaren 20 har en till- hörande pump 21 (P1) som driver kretsens 10 kylmedel i en vald riktning genom värmevâxlaren 20. Pumparna 12, 21 arbetar i mot- satta riktningar och definierar därför mellan sig en låg- trycksdel 10a i kretsen 10. Som ett alternativ kan kretsarna 10, 14 vara direkt kopplade till varandra, varvid värmeväxlaren kan elimineras. Den återstående delen lOb av kretsen emottar flöde från de båda värmevâxlarna 11, 20 och bildar cirkula- tionskretsens 10 högtrycksdel. Vârmevàxlare 31, 32, 33 är pa- rallellt inkopplade mellan kretsdelarna 10a, lOb och genom- strömmas av kretsens 10 kylmedium tack vare tryckskillnaden mellan dem.

Värmeväxlarna 31-33 är inkopplade pà olika avstånd längs krets- delarna. Vàrmeväxlaren 33 som ligger närmast värmevâxlaren 11 emottar kylmedium av hög temperatur som definierar kondense- ringstemperaturen för kondensorn 53. Nästföljande värmevâxlare 32 kan eventuellt också emotta kylmedel från värmevâxlaren 11 av förhöjd temperatur, och kan eventuellt även emotta ett del- flöde av kylmedium från värmeväxlaren 20, varvid dessa delflö- .den definierar temperaturnivàn för kondensorn 52. Vàrmevâxlaren 31 närmast vårmeväxlaren 20 torde vanligtvis tillföras kylmedi- um med den temperatur som definieras av termostaten 23 som styr fläkten 20.

Fackmannen inser att värmevâxlarna 31-33 i denna ordning pri-W mârt kommer att tillföras relativt kallt kylmedium fràn värme- 10 15 20 25 30 35 527 635 5 son ua o n nu o on no o u. o o n c u n i o n c o o oo u a u c c I n u n o o x ø o I o n c nu» 0 v u n 0 coon o o oli c o g I I I n o u n u u c n o o o n a a o o o u oo nu n växlaren 20 och att värmeväxlarna 33-31 primärt kommer att tillföras relativt varmt kylmedium från värmeväxlaren 11, och att fördelningen av kylmedium från de båda källorna kommer att inställas automatiskt i beroende av efterfrågan/uttagning av värme via kretsen 14.

Pumpen 21 drivs med ett i förväg bestämt, konstant varvtal så att pumpen levererar ett väsentligen konstant flöde till värme- växlaren 20. Mellan kretsdelarna 10a, lOb finns en tryckdiffe- rensgivare 22 (GP1). En shuntledning 60 sträcker sig mellan kretsdelarna 10a, 10b och innehåller ett flödesreglerorgan, ex- empelvis en strypventil 61, som är styrt av tryckdifferensgiva- ren 22, sä att en i förväg bestämd konstant tryckskillnad upp- rätthàlles mellan kretsdelarna 10a, 10b. Shuntledningen 60 an- sluter till lägtryckssidan 10A omedelbart efter värmevâxlaren 20. På värmeväxlarens 20 utloppssida finns en temperaturgivare (GP3) som styr en fläkt 26 vilken reglerar omgivningsluftens flöde genom värmeväxlaren 20, sä att kylmedlets yttemperatur fràn värmeväxlaren 20 blir inställd pä ett i förväg valt värde.

Pumpen 12 (P2) styrs av behovet av värmeàtervinning, varvid återvinningskretsen 14 kan innehålla en temperaturgivare 13 (GT1) som styr pumpen P2. Mellan pumpen 12 och värmeväxlaren 11 kan en temperaturgivare 16 (GT2) finnas inkopplad för att uppåt begränsa kylmedlets temperatur till värmeväxlaren 11, i det fall det inte finns avsättning av det tillförda värmet till värmevâxlaren 11. Man kan se att kylmedel som avgår från värme- växlaren 11 först genomströmmar värmeväxlaren 33 som alltså kyler kondensorn 53 vid en temperaturnivä som vanligen är rela- tivt hög (beroende pà ätervinningskretsens returtemperatur).

Detta innebär att kylmaskinen (värmepumpen) 43 får arbeta med _ relativt hög kondenseringstemperatur d v s med en relativt lågå verkningsgrad, men i stället bidrar med en relativt stor mängd värmeenergi till kretsen 14. Om inte allt kylmedel från värme- vâxlaren 11 leds genom värmeväxlaren 33, vidareförs det i låg- trycksdelen lOb till vârmeväxlaren 32, som i sådant fall också fär arbeta med en relativt hög temperatur för sin kondensor 52 10 15 20 25 30 35 527 635 vilket i sin tur medför att kylmaskinen 42 (vârmepumpen) arbe- tar med en relativt låg verkningsgrad (men bidrar med värme till àtervinningskretsen).

Vi kan nu anta att kylmedium fràn kylaren 20 utströmmar med den temperatur som definierats av givaren 23 och genom värmevâx- laren 31 som kyler en tillhörande kondensor 51 vid denna tempe- ratur och ger den tillhörande kylmaskinen (värmepumpen) en re- lativt hög verkningsgrad.

Fackmannen inser att kylmaskinerna 41-43 kan arbeta vid olika kondenseringstemperaturer varvid värmeàtervinningskretsen 14 värmeförsörjes med värme fràn de kylmaskiner 43, 42, 41 som i tur och ordning ligger närmast den första värmeväxlaren. Genom uppfinningen uppnås ett konstant kylmedelsflöde genom vârmevåx- laren 20 samtidigt som vi håller ett konstant differenstryck mellan delarna 10a, 10b och ett variabelt flöde till kondenso- rerna .

De kylmaskiner 41, 42, 43 som ligger närmast den andra krets- kylaren 20 som dumpar vârmet till omgivningsluften, kan arbeta vid en hög verkningsgrad d v s en relativt låg kondensortempe- ratur, i den mån det avgivna värmet från kondensorerna 53, 52, 51 inte erfordras för att vármeförsörja àtervinningskretsen.

Flödena genom kretsens 10 värmeväxlare 31, 32, 33 är självin- ställande och styrs av pumpens 21 konstanta flöde, shuntnings- flöde genom shuntledningen 60 och reglerventilen 61 ( som styrs av tryckdifferensgivaren för att frambringa en konstant tryck- skillnad mellan kretsdelarna 10a, 10b, samt pumpens P2 flöde- (som i sin tur styrs av àtervinningkretsens temperatursensor 13), varvid kylmaskinerna 41-43 kan arbeta pà olika konden- seringstemperatur för att à ena sidan i vald ordning prioritera hög verkningsgrad hos vissa kylmaskiner, och en hög vârmeav- givning fràn andra kylmaskiner. Det inses att vârmevàxlarnas 31-33 inbördes avstånd fràn respektive kylare 11, 20 har bety- delse för den temperaturnivà vid vilken de motsvarande konden- sorerna 51-53 kan arbeta. lO 15 20 25 30 35 527 635 Anläggningen tillhandahåller ett sätt att styra kretsens 10 kylmedel så att endast de kylmaskiner från vilka Överskotts- värme kan nyttiggöras, arbetar med hög kondenseringstemperatur och därmed kräver relativt högre energiförbrukning. Fördelning- en av energi till värmeätervinningskretsen och till omgivnings- luften kan göras steglös. En shuntledning 80 mellan pumparnas 21 utloppssidor och en normalt stängd ventil 81 i ledningen 80 finns tillhandahàllna. Om den ena pumpen 21, 12 faller ifrån, kan ventilen 81 öppnas. De båda pumparna 12, 21 utgör då reserv för varandra vilket ökar anläggningens driftsäkerhet. Kondense- ringstrycket i respektive kylmaskin styrs med en ventil 70 i tilloppsledningen till dess kondenservärmeväxlare 31-33. Denna ventil 70 styrs av maskinens kondenseringstryck (ej visat) el- ler av temperaturen för returflödet från respektive värmeväxla- re 31-33. Genom att flödena genom värmeväxlarna 31-33 är själv- reglerande erfordras inga speciella styrventiler, vilket inne- bär fördelar eftersom styrventiler vanligen framkallar tryck- fall som mäste övervinnas med hjälp av pumparna d v s pumparnas drivningsenergi.

Varje sådan parallellkopplad värmeväxlare 31-33 kyler en respektive kondensor 51-53 tillhörande en kylmaskin 41-43.

Som ett alternativ (Fig. 2) kan en enda kylmaskin 41' ha ett kondensoraggregat, vilket innefattar tre i seriekopplade enhe- ter 51'-53', vilka arbetar som hetgaskylare, egentlig kondensor respektive kondensatunderkylare och är anordnad i värmeväx- lingsrelation med en respektive värmeväxlare 31-33, vid olika termperaturnivàer. Dessutom kan kylmaskinen 41' innefatta en oljekylare 54', som bildar ytterligare en sekundär enhet 34 i värmeàtervinningskretsen_ På Pig. 2 visas även att värme- pumpkretsen kan innefatta ett torkfilter 55 och ett synglas 56 för köldmediet, mellan kondensorn 32 och underkylaren 33.

Värmepumpkretsen innefattar även en föràngare 59 och en expan- sionsventil 60. Det inses att vârmeväxlarna 31-34 kan vara in- 527 635 onnvøo 0 0 000000 . I 0 I nl ol 0000 0000 Q n IQII 0 O 1000 kopplade i serie, i temperaturordning, i värmeátervinnings- kretsen 10 (Fig. 1), eventuellt tillsammans med ytterligare enheter.

En tryckdifferensgivare 22 styr vârmeväxlarens 20 pump 21; Värmevàxlarens 11 pump 12 styrs av àtervinningskretsen 14 värmebehov. En termostat 23 pà vârmevâxlarens 20 utloppssida styr värmeväxlarens 20 kylningseffekt.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 527 635 P aa t e 11 t lcrr a wr

1. Kylmaskinanlâggning innefattande en kylmedelskrets (10) vilken är fylld med ett kylmedel och vilken innehåller en för- sta pump (12) för drivning av kylmedel genom en första värme- förbrukare (11, 14), åtminstone två sekundära värmevâxlare (31-33) som är parallellt kopplade över kretsens (10) lednings- partier (10a, 10b) vilka ansluter till värmeförbrukaren (11), varvid de sekundära värmeväxlarna är anordnade att kyla en respektive köldmediumgenomströmmad vârmeavgivningsenhet (51-53, 51'-53') tillhörande åtminstone en kylmaskin (41'; 41-43) såsom en kyl eller frys, kylmedelskretsen (10) innefattar en primär värmeväxlare (20) med vilken värme från kylmedlet avges till miljön, företrädesvis atmosfârsluften, de sekundära värmeväx- larna (31-33) är inkopplade i kretsen (10) mellan värmeförbru- karen (11) och den primära vârmeväxlaren (20), den primära vär- meväxlaren (20) har en tillhörande andra pump (21) vilken dri- ver kylmedel i en i förväg bestämd riktning genom den pri- mära värmeväxlaren (20), den första tillhörande pumpen (12) är anordnad att driva kylmedlet i en i förväg bestämd riktning genom värmeförbrukaren (11), den första pumpen (12) och den andra pumpen (21) är anordnade att driva kylmedlet i motsatta riktningar, så att kretsen får en lågtryckssida (10a) från vilken pumparna pumpar kylmedel och en högtryckssida (10b), till vilken pumparna pumpar kylmedel, en tryckdifferenstryck-' givare (22) avkänner tryckskillnaden mellan kretsens (10) lågtryckssida (10a) och högtryckssida (10b), och varvid den första pumpen (12) är styrd av efterfrågan av värme frán värme- förbrukaren, kännetecknad av att den andra pumpen (21) är an- ordnad att leverera ett väsentligen konstant kylmedelsflöde, att en shuntledning (60) är etablerad mellan högtryckssidan (10b) och lågtryckssidan (10a), att en flödesregleranordning (61) är anordnad att styra flödet genom shuntledningen (60) och att flödesregleranordningen (61) är styrd av tryckdifferensgi- varen för att genomleda ett kylmedelsflöde för upprätthållande av en väsentligen konstant tryckskillnad mellan högtryckssidan (10b) och lågtryckssidan (10a). 10 15 20 527 635 10 :°°.:°°.: :°'.: .: .°°.

2. Anläggning enligt krav 1, kännetecknad av att den andra primära värmeväxlarens pump (21) är en konstantvarvtals- pump.

3. Anläggning enligt krav 1 eller 2, kânnetecknad av att värmeförbrukaren innefattar en i kylmedelskretsen inkopplad värmeväxlare, vilken står i värmeväxlingskontakt med en värme- ätervinningskrets för att kylas av denna.

4. Anläggning enligt något av kraven 1-3, kânnetecknad av att den andra pumpen (21) är anordnad att genom den primära A värmevâxlaren driva ett flöde, för vilket en turbulent ström- ning uppträder i den primära värmeväxlarens genomströmnings- kanal för kylmedlet.

5. Anläggning enligt krav 4, kånnetecknad av att flödet är inställt i närheten av den undre gränsen för upprätthållande av turbulent strömning.