WO1993016340A1 - Device and method for improving refrigerating circuit performance - Google Patents
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
Definitions
- the common refrigerant cycle is maintained by the
- Time period of the condenser is too large.
- the systems of conventional design have a relatively low overall efficiency with a relatively high power consumption.
- the invention specified in claim 1 is based on the problem of maintaining the refrigerant circuit, particularly in the cold winter months, and to achieve an increase in the overall efficiency of the system while reducing the power consumption.
- a modification of the cycle is achieved by installing a refrigerant pump.
- a Hermetic pump can be installed after your liquid collector. This pump must be arranged in such a way that it is always supplied with sufficient refrigerant. After the refrigerant pump on the pressure side is a Q-max orifice, which must be installed and calculated in such a way that overloading of the stator winding is avoided.
- Refrigerant mass flow is moved in gaseous form via the suction line to the compressor.
- the compressor compresses the refrigerant gas to a fairly low pressure level, which means that very little compression work is required.
- the pressure line goes to the condenser, the condenser, which is always too large in the winter months, is now fully usable. Accordingly, performance figures from 7.0.9 can even be driven up to performance figure 10. This means that with 1 KW of power supplied in the compressor, we transport up to 10 KW of cooling power via the evaporator.
- the refrigerant from the condenser returns to the liquid collector with a very strong subcooling. This has the consequence that - seen from the circular process - quite high enthalpy differences arise.
- Performance figure improvements can be achieved that are between 5 and 6 in the climate range, which was previously not considered possible.
- the main use of the invention is that the above problems can be solved in all process and air conditioning systems.
- a refrigerant pump was used in a customer's system in order to ensure a sufficient refrigerant mass flow through the system with a lower pressure on the condenser side.
- a Bock motor compressor type DAM 5 / 724-4, refrigerant R22 was used.
- the system mentioned above is a system with 2 compressors.
- the built-in refrigerant pump has an absorption capacity of 2 KW.
- the actual state of the system was evaporation temperature: - 10 ° C; the condensation temperature was at 53 ° C; the
- the evaporation temperature was + - 0 C; the condensing temperature at 32 ° C; the net cooling capacity at 83 KW; at lower power consumption of the compressor.
- the supply of mechanical energy can be done by the usual methods such as Electric motor or turbocharger.
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Abstract
In conventially driven refrigerating circuits, failures occur particularly during the winter months, since the condenser is designed with too high a rating for this period. In addition, the overall efficiency of the system is relatively low. These problems can be solved by introducing mechanical energy, by means of a pump, into the circuit between the liquid-collection unit and the expansion valve. In order to protect the energy source, a Qmax shutter and a Qmin shutter are fitted. Instead of the pump, the mechanical energy can be supplied in another form, e.g. using the turbocharger principle. The method and device proposed can be used in any piston/cold-water unit or cold-processing plant.
Description
B e s c h r e i b u n B e s c h r e i b u n
Vorrichtung und Verfahren zur Leistungszifferverbesseπing im Kältemittelkreislauf .Device and method for improving the performance figure in the refrigerant circuit.
Stand der TechnikState of the art
Der gängige Kältemittelkreislauf wird aufrechterhalten durch denThe common refrigerant cycle is maintained by the
Verdichter , von dem ausgehend der Kältemittelstrom über denCompressor, from which the refrigerant flow through the
VerflUssiger , den FlUssigkeitssammler , das Expansionsvenlll , den Verdampfer und wieder zurück zum Verdichter fließt .Condenser, the liquid collector, the expansion valve, the evaporator and back to the compressor.
Bei Anlagen gemäß diesem Aufbaumuster kommt es insbesondere in den Wintermonaten häufiger zu Störungen , da gerade in dieserIn systems according to this design, faults occur more frequently, especially in the winter months, because this is precisely the one
Zeitperiode der Verflüssiger zu groß ausgelegt ist . Im übrigen haben die Anlagen herkömmlicher Bauart einen relativ niedrigen Gesam twirkungsgrad , bei relativ hoher Leistungsaufnahme .Time period of the condenser is too large. In addition, the systems of conventional design have a relatively low overall efficiency with a relatively high power consumption.
Die Zuführung von zusätzlicher mechanischer Energie wird weder bei Kolbenkaltwassersätzen in deren sämtlichen Leistungsbereich noch bei KUhlprozeßanlagen durchgeführt .The supply of additional mechanical energy is not carried out in the case of piston chillers in all their performance range, nor in cooling process systems.
Problemproblem
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde , den Kältemittelkreislauf insbesondere in den kalten Wintermonaten störungsfrei aufrechtzuerhalten , sowie eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage bei gleichzeitiger Verringerung der Leistungsaufnahme zu erreichen .
E r f i n d u n gThe invention specified in claim 1 is based on the problem of maintaining the refrigerant circuit, particularly in the cold winter months, and to achieve an increase in the overall efficiency of the system while reducing the power consumption. Invention
Dieses Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 oder Anspruchs 2 gelöst.This problem is solved with the measures of claim 1 or claim 2.
Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous effects of the invention
Durch den Einbau einer Kältemittelpumpe wird eine Modifizierung des Kreisprozesses erreicht. Es kann dabei nach dein Flüssigkeitssammler eine Hermetic-Pumpe eingebaut werden. Diese Pumpe muß derart angeordnet sein, daß sie immer mit ausreichend Kältemittel versorgt wird. Nach der Kältemittelpumpe auf der Druckseite ist eine Q-max-Blende, die derart eingebaut und berechnet werden muß, daß ein Überlasten der Statorwicklυng vermieden wird.A modification of the cycle is achieved by installing a refrigerant pump. A Hermetic pump can be installed after your liquid collector. This pump must be arranged in such a way that it is always supplied with sufficient refrigerant. After the refrigerant pump on the pressure side is a Q-max orifice, which must be installed and calculated in such a way that overloading of the stator winding is avoided.
Wird das Expansionsventil in seiner Leistung gedrosselt, muß jedoch ein Mindestvolumenstro , der die Wärme vorn Stator abführt, erhalten bleiben. Dafür ist die Q-min-Blende vorgesehen.If the expansion valve's performance is throttled, a minimum volume flow that dissipates the heat from the stator must be maintained. The Q-min orifice is intended for this.
Durch den Einbau der Hermetic-Pumpe ergibt sich die Möglichkeit, daß mit sehr geringen VerflUssigerdrücken das Expansionsventil mit ausreichend Kältemittel versorgt wird. Das heißt, der Kältemittelmassenstrom der durch den Verdampfer gesetzt wird bleibt konstant. Aus dem Verdampfer wird derBy installing the Hermetic pump, there is the possibility that the expansion valve is supplied with sufficient refrigerant with very low condenser pressures. This means that the refrigerant mass flow that is set by the evaporator remains constant. The evaporator becomes the
Kältemittelmassenstrom gasförmig über die Sauleitung zum Verdichter bewegt. Der Verdichter verdichtet das Kältemittelgas auf ein recht niederes Druckniveau, dies bedeutet, daß nur eine sehr geringe Verdichterarbeit zu leisten ist. Die Druckleitung geht zum VerflUssiger, Der VerflUssiger, der in den Wintermonaten immer zu groß ausgelegt ist, ist jetzt voll nutzbar. Demgemäß können Leistungsziffern von 7,0,9 sogar bis Leistuπgsziffer 10 gefahren werden. Das heißt mit 1 KW zugeführte Leistung im Verdichter transportieren wir bis zu lo KW Kälteleistung über den Verdampfer.
Das Kältemittel aus dem VerflUssiger gelangt wieder in den Flüssigkeitssamπiler mit einer sehr starken Unterkühlung . Dies hat zur Folge , daß - vom Kreisprozeß her gesehen - recht hohe Entalphydifferenzen entstehen. Man kann generell davon ausgehen, daß im JahresmittelRefrigerant mass flow is moved in gaseous form via the suction line to the compressor. The compressor compresses the refrigerant gas to a fairly low pressure level, which means that very little compression work is required. The pressure line goes to the condenser, the condenser, which is always too large in the winter months, is now fully usable. Accordingly, performance figures from 7.0.9 can even be driven up to performance figure 10. This means that with 1 KW of power supplied in the compressor, we transport up to 10 KW of cooling power via the evaporator. The refrigerant from the condenser returns to the liquid collector with a very strong subcooling. This has the consequence that - seen from the circular process - quite high enthalpy differences arise. One can generally assume that the annual average
Leistungszifferverbesserungen erreicht werden können, die zwischen 5 und 6 im Klimabereich liegen, was man früher nicht für möglich gehalten hat.Performance figure improvements can be achieved that are between 5 and 6 in the climate range, which was previously not considered possible.
Unter Leistungsziffer verstehe ich das Verhältnis zwischen der aufgenommenen Leistung der Kälteanlage und dem Wärmetransport imI understand performance ratio as the relationship between the power consumed by the refrigeration system and the heat transport in the
Verdampfer.Evaporator.
Die hauptsächliche Verwendungsmöglichkeit der Erfindung besteht darin , daß die oben genannten Probleme bei allen prozeß- und klimatechnischen Anlagen gelöst werden können.The main use of the invention is that the above problems can be solved in all process and air conditioning systems.
Beschreibung einer Anlage als Beispiel aus der PraxisDescription of a system as an example from practice
Bei der Anlage eines Kunden wurde eine Kältemittelpumpe zum Einsatz gebracht, um mit einem geringeren Druck auf der Kondensatorseite dennoch einen ausreichenden Kältemittelmassenstrom durch die Anlage zu gewährleisten. Hierbei wurde ein Bock Motorkompressor der Type DAM 5/724-4, Kältemittel R22 verwendet.A refrigerant pump was used in a customer's system in order to ensure a sufficient refrigerant mass flow through the system with a lower pressure on the condenser side. A Bock motor compressor type DAM 5 / 724-4, refrigerant R22 was used.
Bei der vorbezeichneten Anlage handelt es sich um eine Anlage mit 2 Verdichtern.The system mentioned above is a system with 2 compressors.
Wie aus der beigefügten Anlagenskizze sowie dem Bock Diagramm entnommen werden kann, wurden enorme Leistungssteigerungen verzeichnet . Die Anlage ist nunmehr seit fast einem Jahr in Betrieb und arbeitet ohne Störungen , bei einer Leistungsziffersteigerung vonAs can be seen from the attached system sketch and the Bock diagram, enormous increases in performance were recorded. The plant has been in operation for almost a year now and works without any problems, with a performance figure increase of
1.72 auf 2,75.1.72 to 2.75.
Eine weitere Drosselung des Hochdrucks auf der Verdichterseite war in diesem Falle nicht möglich , da mit einem Ausfall des Verdichterantriebs infolge Überlastung zu rechnen war .
Generell ist die Feststellung zu treffen, daß durch diese Modifizierung des Kreisprozesses, eine variable Letstungsziffer möglich ist.A further throttling of the high pressure on the compressor side was not possible in this case, since a failure of the compressor drive due to overload was to be expected. In general, it should be noted that this modification of the cycle process enables a variable number of letters.
Man kann also ganz generell die Feststellung treffen, daß jedr. TiefkUhlanlage, das heißt jede Direktverdampfung ebenfalls mit diesem modifizierten Kreisprozeß betrieben werden kann, was neben einem störungsfreien Lauf im Winter, den effekt der enormen Energiekosteneinsparung hätte. Darüberhinaus ergibt sich die Möglichkeit, die Größe der entsprechenden Anlagen zu verringern, das heißt mit anderen Worten, es verringern sich auch noch dieSo you can generally say that everyone. Deep freeze system, that means any direct evaporation can also be operated with this modified cycle process, which in addition to a trouble-free run in winter, would have the effect of enormous energy cost savings. In addition, there is the possibility of reducing the size of the corresponding systems, that is to say, in other words, the size is also reduced
Maschineninvestitionskosten usw.Machine investment costs etc.
Das praktische Beispiel in ZahlenThe practical example in numbers
Die eingebaute Kältemittelpumpe besitzt eine Aufnahmeleistung von 2 KW. Der Ist-Zustand der Anlage war Verdampfungstemperatur: - 10° C; die VerflUsslgungstemperatur war bei 53 ° C; dasThe built-in refrigerant pump has an absorption capacity of 2 KW. The actual state of the system was evaporation temperature: - 10 ° C; the condensation temperature was at 53 ° C; the
Druckverhältnis der Anlage war ca. bei 11; die Nettokälteleistung betrug 37 KW.Pressure ratio of the plant was approx. 11; the net cooling capacity was 37 KW.
Nach der Modifizierung lag die Verdampfungstemperatur bei + - 0 C; die VerflUsslgungstemperatur bei 32° C; die Nettokälteleistung bei 83 KW; bei geringeren Aufnahmeleistungen des Verdichters.After the modification, the evaporation temperature was + - 0 C; the condensing temperature at 32 ° C; the net cooling capacity at 83 KW; at lower power consumption of the compressor.
Leistungsziffervergleich im modifizierten KreisprozeßPerformance figure comparison in the modified cycle
Kälteleistung alt = 38 KW Kälteleistung neu = 88 KW Leistungsaufnahme alt = 22 KW Leistungsaufnahme neu = 32 KW
Leistungsziffer altCooling capacity old = 38 KW cooling capacity new = 88 KW power consumption old = 22 KW power consumption new = 32 KW Service figure old
Kälteleistung alt 38 KW 1 , 72Cooling capacity old 38 KW 1, 72
Leistungsauf¬ 22 KW nahme altPower consumption 22 KW old
Leistungsziffer neu =Service figure new
Kälteleistung neu 88 KW 2 , 75Cooling capacity new 88 KW 2, 75
Leistungsauf¬ 32 KW nahme neuPower consumption 32 KW new
Leistungsaufnahme neu = Leistungsaufnahme (Verdichter + Kondensatorlüfter + Kältemittelpumpe = 29 , 5 KW + 1 ,0 KW + 1 , 5 KW .New power consumption = power consumption (compressor + condenser fan + refrigerant pump = 29, 5 KW + 1, 0 KW + 1, 5 KW.
Weiterbildungen der ErflngungFurther education of the achievement
Die Zuführung der mechanischen Energie kann durch die gängigen Methoden wie z.B. Elektromotor oder Turbolader erfolgen.The supply of mechanical energy can be done by the usual methods such as Electric motor or turbocharger.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Das Beispiel einer Ausführung ist anhand der Darstellung desThe example of an execution is based on the representation of the
Kältemittelkreislaufs zu entnehmen. Es wird deutlich gezeigt , daß die entsprechende Pumpe nach dem Flüssigkeitssammler unterhalb von dessen Niveau eingebaut werden muß . Desweiteren sind dieRefrigerant circuit. It is clearly shown that the corresponding pump must be installed after the liquid collector below its level. Furthermore, they are
Stellen deutlich angezeigt wo die Q-min-Blende beziehungsweise die Q-max-Blende einzubauen sind .Places clearly indicated where the Q-min screen or the Q-max screen are to be installed.
Darüberhinaus ist beigefügt ein Diagramm , das einen Vergleich des alten mit dem neuen inneren Wirkungsgrad zeigt .
Ein weiteres Diagramm stellt den alten Liefergrad dorn neuen gegenüber.In addition, a diagram is attached, which shows a comparison of the old with the new internal efficiency. Another diagram compares the old delivery level with the new one.
Schließlich sind noch zwei Skizzen beigefügt, aus denen sich dir durch den Einbau des Motorkompressors erreichte Kälteleistung ergibt.
Finally, two sketches are included, from which you can see the cooling capacity achieved by installing the motor compressor.
Claims
P a t e n t a n s p r ü c h eP a t e n t a n s r u c h e
Geschlossener Kältemittelkreislauf, ausgehend vom Verdicliter, über den VerflUssiger, den Flüssigkeitssammler, über dasClosed refrigerant circuit, starting from the Verdicliter, via the condenser, the liquid collector, via the
Expansionsventil, den Verdampfer wieder zum Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flüssigkeitssammler und das Expansionsventil zusätzliche Energie durch eine Pumpe in den Kreisprozeß eingeführt wird. Die Überlastung dieser Pumpe wird durch eine Q-max-Blende verhindert, während bei Drosselung des Expansionsventil ein Mindestvoϊumenstrom durch den Einbau einer Q-min-BleTTde gewährleistet bleibt.Expansion valve, the evaporator back to the compressor, characterized in that between the liquid collector and the expansion valve additional energy is introduced into the cycle by a pump. The overload of this pump is prevented by a Q-max orifice, while when the expansion valve is throttled, a minimum volume flow is guaranteed by installing a Q-min-BleTTde.
2. Mechanische Snergfe nach Anspruch 12. Mechanical Snergfe according to claim 1
' Dadurch gekennzeichnet, daß diese mittels eines Elektromotors oder nach de Turboladerprinzip zugeführt werden kann. ' Characterized in that it can be supplied by means of an electric motor or according to the de turbocharger principle.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924203983 DE4203983A1 (en) | 1992-02-11 | 1992-02-11 | DEVICE AND METHOD FOR IMPROVING THE PERFORMANCE DIGIT IN THE REFRIGERANT CIRCUIT |
DEP4203983.5 | 1992-02-11 |
Publications (1)
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WO1993016340A1 true WO1993016340A1 (en) | 1993-08-19 |
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ID=6451422
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WO (1) | WO1993016340A1 (en) |
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- 1992-04-29 AU AU17952/92A patent/AU1795292A/en not_active Withdrawn
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