RU2377477C1

RU2377477C1 - Cooling circuit with two temperatures

Info

Publication number: RU2377477C1
Application number: RU2008122354/06A
Authority: RU
Inventors: Нилкант С. ГУПТЕ (US); Нилкант С. ГУПТЕ
Original assignee: Кэрриер Корпорейшн
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2009-12-27

Abstract

FIELD: heating systems.

SUBSTANCE: combined cooling circuit (2) with mean and low temperature is intended for cooling agent circulation in the specified flow direction and includes, in flow direction, heat extracting heat exchanger (4), consumer (6) of cooling with mean temperature, intermediate pressure steam separator (8) having steam section (10) and liquid section (12) connected to consumer (6) of cooling with mean temperature, consumer (14) of cooling with low temperature, compressor module (16) the inlet hole of which is connected to steam section (10) of intermediate pressure steam separator (8) and consumer (14) of cooling with low temperature, intermediate pressure expansion device (70) and intermediate pressure steam separator (72). Intermediate pressure expansion device (70) is connected to liquid section (12) of intermediate pressure steam separator (8). Liquid section (76) of intermediate pressure steam separator (72) is connected to consumer (14) of cooling with low temperature, and steam section (74) of intermediate pressure steam separator (72) is connected to compressor module (16).

EFFECT: increasing efficiency.

18 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к комбинированной среде и контуру охлаждения с низкой температурой и, в частности, к соответствующему контуру СO₂ охлаждения и соответствующему способу.The present invention relates to a combined medium and a cooling circuit with a low temperature, and in particular, to a corresponding cooling circuit CO ₂ and a corresponding method.

Известны такие контуры охлаждения с двумя температурами, в которых хладагент циркулирует в заданном направлении потока через отбирающий тепло теплообменник, потребитель охлаждения со средней температурой, потребитель охлаждения с низкой температурой и модуль компрессора, который возвращает давление хладагента до высокого давления, присутствующего в отбирающем тепло теплообменнике. Обычно среда и потребители охлаждения с низкой температурой расположены параллельно в контуре, то есть хладагент, выходящий из отбирающего тепло теплообменника, разветвляется таким образом, чтобы его часть протекала через потребитель охлаждения со средней температурой и остальная часть протекала через потребитель охлаждения с низкой температурой. Модуль компрессора обычно представляет собой двухкаскадный модуль с набором компрессора низкого давления и набором компрессора среднего давления, причем набор компрессора низкого давления соединен с выходом потребителя охлаждения с низкой температурой и сжимает хладагент, выходящий из него, до уровня давления, который соответствует уровню давления, соответствующему выходному отверстию потребителя охлаждения со средней температурой. Оба хладагента - хладагент, поступающий из выходного отверстия потребителя охлаждения со средней температурой, а также хладагент, поступающий из выходного отверстия компрессора низкого давления, направляют ко входному отверстию компрессора среднего давления, который сжимает хладагент до требуемого высокого давления, которое присутствует в отбирающем тепло теплообменнике. В то время как такие контуры охлаждения с двумя температурами удовлетворяют потребности в охлаждении, все еще сохраняется требование повышения эффективности.Such two-temperature cooling circuits are known in which the refrigerant circulates in a predetermined flow direction through a heat-removing heat exchanger, a medium-temperature cooling consumer, a low-temperature cooling consumer, and a compressor module that returns the refrigerant pressure to the high pressure present in the heat-removing heat exchanger. Typically, the medium and the low-temperature cooling consumers are located in parallel in the circuit, i.e. the refrigerant leaving the heat-removing heat exchanger is branched so that part of it flows through the medium-temperature cooling consumer and the rest flows through the low-temperature cooling consumer. The compressor module is usually a two-stage module with a set of low-pressure compressor and a set of medium-pressure compressor, and the set of low-pressure compressor is connected to the outlet of the cooling consumer with a low temperature and compresses the refrigerant leaving it to a pressure level that corresponds to the pressure level corresponding to the outlet a cooling consumer’s opening with an average temperature. Both refrigerants - the refrigerant coming from the outlet of the cooling consumer with an average temperature, as well as the refrigerant coming from the outlet of the low-pressure compressor, are directed to the inlet of the medium-pressure compressor, which compresses the refrigerant to the required high pressure, which is present in the heat-removing heat exchanger. While such dual-temperature cooling circuits satisfy the cooling demand, there is still a requirement for increased efficiency.

В соответствии с этим цель настоящего изобретения состоит в создании контура охлаждения с двумя температурами и соответствующего способа, который удовлетворял бы требованиям охлаждения и который был бы относительно простым и не дорогостоящим, но обладал бы высокой эффективностью.Accordingly, an object of the present invention is to provide a two-temperature cooling circuit and an appropriate method that satisfies the cooling requirements and which is relatively simple and not expensive, but has high efficiency.

В соответствии с настоящим изобретением эта задача решается с использованием комбинированного контура охлаждения со средней и низкой температурой, в котором циркулирует хладагент в заданном направлении потока, содержащего в направлении потокаIn accordance with the present invention, this problem is solved using a combined cooling circuit with medium and low temperature, in which the refrigerant circulates in a given direction of flow, containing in the direction of flow

(a) отбирающий тепло теплообменник;(a) heat-removing heat exchanger;

(b) потребитель охлаждения со средней температурой;(b) medium temperature refrigeration consumer;

(c) сепаратор пара среднего давления, имеющий паровой участок и жидкостной участок, соединенный с модулем потребителя охлаждения со средней температурой;(c) a medium pressure steam separator having a steam section and a liquid section connected to the medium temperature cooling consumer module;

(d) потребитель охлаждения с низкой температурой, соединенный с жидкостным участком сепаратора пара среднего давления; и(d) a low temperature refrigeration consumer connected to the liquid portion of the medium pressure steam separator; and

(e) модуль компрессора, входное отверстие которого соединено с паровым участком сепаратора пара среднего давления и потребителем охлаждения с низкой температурой.(e) a compressor module, the inlet of which is connected to the steam section of the medium-pressure steam separator and to the low-temperature cooling consumer.

По сравнению с контурами охлаждения с двумя температурами предшествующего уровня техники потребители охлаждения со средней и низкой температурой расположены в линию, в связи с чем хладагент первоначально используется у потребителя охлаждения со средней температурой, и впоследствии оставшаяся жидкая часть хладагента используется у потребителя охлаждения с низкой температурой. Потребитель охлаждения со средней температурой может быть установлен и/или может работать таким образом, чтобы выходящий хладагент представлял собой хладагент, состоящий из двух фаз, часть которого представляет собой жидкость, а остальное представляет собой газообразный хладагент. Такой хладагент, состоящий из двух фаз, разделяют в сепараторе пара среднего давления на его газообразную часть, которую сжимают и возвращают в отбирающий тепло теплообменник, и его жидкую часть, используемую для потребителя охлаждения с низкой температурой.Compared to the two-temperature cooling circuits of the prior art, medium and low temperature refrigeration consumers are arranged in line, which is why the refrigerant is initially used by the refrigeration consumer with an average temperature, and subsequently, the remaining liquid portion of the refrigerant is used by the refrigeration consumer with a low temperature. An average temperature refrigeration consumer can be installed and / or can operate in such a way that the outgoing refrigerant is a two-phase refrigerant, part of which is liquid, and the rest is gaseous refrigerant. Such a two-phase refrigerant is separated in a medium-pressure vapor separator into its gaseous part, which is compressed and returned to the heat-removing heat exchanger, and its liquid part, used for the low-temperature cooling consumer.

По сравнению с обычной параллельной компоновкой потребителей охлаждения со средней и низкой температурой последовательная компоновка направляет, по существу, более холодный жидкий хладагент, но с пониженным давлением, в направлении потребителя охлаждения с низкой температурой. Хладагент, выходящий из потребителя охлаждения с низкой температурой, сжимают в модуле компрессора либо непосредственно до уровня давления, требуемого для отбирающего тепло теплообменника, или на первом этапе вплоть до промежуточного уровня давления, например уровня давления хладагента с давлением газообразной среды, и на втором этапе до уровня давления, присутствующего в отбирающем тепло теплообменнике. В соответствии с этим модуль компрессора может содержать множество отдельных компрессоров, он также может содержать один или два набора компрессоров, например набор компрессора низкого давления и набор компрессора среднего давления. Каждый из наборов компрессора низкого и среднего давления также может содержать один или множество отдельных компрессоров.Compared to the conventional parallel arrangement of medium and low temperature refrigeration consumers, the sequential arrangement directs a substantially cooler liquid refrigerant, but with reduced pressure, towards the refrigeration consumer with a low temperature. The refrigerant leaving the low-temperature cooling consumer is compressed in the compressor module either directly to the pressure level required for the heat-removing heat exchanger, or in the first stage up to an intermediate pressure level, for example, the refrigerant pressure level with the pressure of the gaseous medium, and in the second stage until level of pressure present in the heat-removing heat exchanger. Accordingly, a compressor module may comprise a plurality of separate compressors, it may also comprise one or two sets of compressors, for example a set of low pressure compressor and a set of medium pressure compressor. Each of the low and medium pressure compressor kits may also contain one or a plurality of separate compressors.

Следует отметить, что из-за более низкой температуры и более низкого давления, присутствующих в последовательно соединенном потребителе охлаждения с низкой температурой, по сравнению с параллельной компоновкой, становится возможным, по существу, уменьшить размеры потребителя охлаждения с низкой температурой, то есть пониженное давление, например, требует использования намного меньшей толщины стенок и т.д.It should be noted that due to the lower temperature and lower pressure present in the series-connected cooling consumer with a low temperature, in comparison with the parallel arrangement, it becomes possible to essentially reduce the size of the cooling consumer with a low temperature, i.e. a reduced pressure, for example, requires the use of a much smaller wall thickness, etc.

Контур охлаждения может дополнительно содержать сепаратор пара высокого давления, имеющий паровой участок и жидкостной участок, которые расположены между отбирающим тепло теплообменником и потребителем охлаждения со средней температурой, причем его паровой участок соединен с входным отверстием модуля компрессора, а его жидкостной участок соединен с потребителем охлаждения со средней температурой.The cooling circuit may further comprise a high-pressure steam separator having a steam section and a liquid section, which are located between the heat-removing heat exchanger and the cooling consumer with an average temperature, and its steam section is connected to the inlet of the compressor module, and its liquid section is connected to the cooling consumer with average temperature.

Сепаратор пара высокого давления также позволяет заранее понизить температуру и давление до потребителя охлаждения со средней температурой. Это повышает эффективность потребителя охлаждения со средней температурой и позволяет выполнить его с меньшими размерами.The high-pressure steam separator also allows you to lower the temperature and pressure in advance to the cooling consumer with an average temperature. This increases the efficiency of the consumer cooling with an average temperature and allows you to perform it with smaller sizes.

Контур охлаждения может дополнительно содержать устройство промежуточного расширения между отбирающим тепло теплообменником и сепаратором пара с высокой температурой. С помощью устройства промежуточного расширения может быть сгенерирован хладагент с двумя фазами, даже если хладагент, выходящий из отбирающего тепло теплообменника, будет чисто газообразным. Устройство расширения может представлять собой управляемое устройство расширения для управления условиями сепаратора пара высокого давления, такими как температура, давление, отношение жидкого к газообразному хладагенту и т.д.The cooling circuit may further comprise an intermediate expansion device between the heat-removing heat exchanger and the high temperature steam separator. With the intermediate expansion device, a two-phase refrigerant can be generated even if the refrigerant leaving the heat-removing heat exchanger is purely gaseous. The expansion device may be a controllable expansion device for controlling the conditions of the high-pressure steam separator, such as temperature, pressure, liquid to gaseous refrigerant ratio, etc.

Контур охлаждения может дополнительно содержать клапан с регулируемым давлением, включенный в линию между паровым участком сепаратора пара высокого давления и модулем компрессора. Например, соотношением между газообразным и жидким хладагентом в сепараторе пара высокого давления можно управлять с помощью такого клапана с регулируемым давлением. Другой тип управляемого клапана также может быть предоставлен с этой целью. Можно подсоединить такой управляемый клапан, а также любой другой управляемый элемент к контуру для индивидуального управления или, в качестве альтернативы, централизованного управления контуром.The cooling circuit may further comprise a pressure controlled valve included in a line between the steam portion of the high pressure steam separator and the compressor module. For example, the ratio between gaseous and liquid refrigerant in a high-pressure steam separator can be controlled using such a pressure-controlled valve. Another type of controlled valve may also be provided for this purpose. Such a controllable valve, as well as any other controllable element, can be connected to the loop for individual control or, alternatively, centralized loop control.

Потребитель охлаждения может содержать, по меньшей мере, одно расширительное устройство и, по меньшей мере, один испаритель. Расширительное устройство может представлять собой управляемое расширительное устройство, предназначенное для управления состоянием испарителя и, в частности, состоянием хладагента на выходе испарителя. Путем управления расширительным устройством скоростью потока хладагента через испаритель можно управлять таким образом, что хладагент в выходном отверстии может иметь любое состояние между двухфазным хладагентом и перегретым хладагентом. Кроме того, таким образом можно непосредственно управлять характеристиками охлаждения и соответственно температурой после потребителя охлаждения.The cooling consumer may comprise at least one expansion device and at least one evaporator. The expansion device may be a controllable expansion device designed to control the state of the evaporator and, in particular, the state of the refrigerant at the outlet of the evaporator. By controlling the expansion device, the flow rate of the refrigerant through the evaporator can be controlled so that the refrigerant in the outlet can have any state between the two-phase refrigerant and the superheated refrigerant. Furthermore, in this way, it is possible to directly control the cooling characteristics and, accordingly, the temperature after the cooling consumer.

Модуль компрессора может содержать набор компрессора низкого давления, набор компрессора среднего давления и компрессор пара высокого давления. Набор компрессора низкого давления может быть соединен с потребителем охлаждения с низкой температурой, набор компрессора среднего давления может быть соединен с жидкостным участком сепаратора пара среднего давления, а компрессор пара высокого давления может быть соединен с паровым участком сепаратора пара высокого давления. Набор компрессора низкого давления и набор компрессора среднего давления могут формировать двухкаскадный компрессор, в котором выходное отверстие набора компрессора низкого давления соединено с входным отверстием набора компрессора высокого давления. Хотя набор компрессора высокого давления сжимает газообразный хладагент от среднего давления до высокого давления, которое присутствует в отбирающем тепло теплообменнике, перепад давления на компрессоре пара высокого давления обычно составляет существенно меньшую величину. Может использоваться один или множество компрессоров пара высокого давления. Обычно достаточно использовать один компрессор пара высокого давления. Компрессор пара высокого давления может представлять собой управляемый компрессор.The compressor module may comprise a low pressure compressor kit, a medium pressure compressor kit, and a high pressure steam compressor. The low pressure compressor kit can be connected to a low temperature cooling consumer, the medium pressure compressor kit can be connected to the liquid portion of the medium pressure steam separator, and the high pressure steam compressor can be connected to the steam portion of the high pressure steam separator. The low-pressure compressor kit and the medium-pressure compressor kit can form a two-stage compressor in which the outlet of the low-pressure compressor kit is connected to the inlet of the high-pressure compressor kit. Although the high-pressure compressor kit compresses the gaseous refrigerant from medium pressure to high pressure, which is present in the heat-removing heat exchanger, the pressure drop across the high-pressure steam compressor is usually much smaller. One or multiple high pressure steam compressors may be used. It is usually sufficient to use one high pressure steam compressor. The high pressure steam compressor may be a controllable compressor.

Контур охлаждения может дополнительно содержать расширительное устройство среднего давления и сепаратор пара промежуточного давления, в котором расширительное устройство среднего давления соединено с жидкостным участком сепаратора пара среднего давления, жидкостной участок сепаратора пара промежуточного давления соединен с потребителем охлаждения с низкой температурой, а паровой участок сепаратора пара промежуточного давления соединен с модулем компрессора. Такое дополнительное расширительное устройство среднего давления и объединенный сепаратор пара промежуточного давления могут дополнительно понижать температуру и давление в хладагенте перед тем, как он окончательно будет направлен потребителю охлаждения с низкой температурой, и размеры потребителя охлаждения с низкой температурой могут быть дополнительно уменьшены. Следует отметить, что вместе с уменьшением размера соответствующего потребителя охлаждения уменьшение температуры и давления, обеспечиваемое при разделении пара - жидкости, также позволяет использовать существенно меньшие размеры трубопроводов, ведущих к соответствующему потребителю охлаждения.The cooling circuit may further comprise a medium pressure expansion device and an intermediate pressure steam separator, in which the medium pressure expansion device is connected to a liquid portion of the medium pressure steam separator, a liquid section of the intermediate pressure steam separator and a low temperature cooling consumer, and a steam portion of the intermediate steam separator pressure is connected to the compressor module. Such an optional medium pressure expansion device and a combined intermediate pressure steam separator can further lower the temperature and pressure in the refrigerant before it is finally sent to the low temperature refrigeration consumer, and the dimensions of the low temperature refrigeration consumer can be further reduced. It should be noted that together with the reduction in the size of the respective cooling consumer, the decrease in temperature and pressure provided during the separation of the vapor - liquid also allows the use of significantly smaller sizes of pipelines leading to the corresponding cooling consumer.

Модуль компрессора может дополнительно содержать промежуточный компрессор между паровым участком сепаратора пара промежуточного давления и набором компрессора среднего давления. Аналогично компрессору пара высокого давления промежуточный компрессор обеспечивает сжатие только с ограниченным перепадом давления по сравнению с набором компрессора низкого давления. В частности, это относится к случаю, когда компрессор работает только между промежуточным уровнем давления и средним уровнем давления. И снова может быть предусмотрено множество промежуточных компрессоров. При этом можно использовать управляемый промежуточный компрессор.The compressor module may further comprise an intermediate compressor between the steam portion of the intermediate pressure steam separator and the medium pressure compressor kit. Like a high-pressure steam compressor, an intermediate compressor provides compression with only a limited differential pressure compared to a low-pressure compressor kit. In particular, this applies when the compressor only works between the intermediate pressure level and the average pressure level. Again, a plurality of intermediate compressors can be provided. In this case, a controllable intermediate compressor can be used.

Контур охлаждения может дополнительно содержать клапан с регулируемым давлением между паровым участком сепаратора пара промежуточного давления и модулем компрессора и промежуточным компрессором соответственно.The cooling circuit may further comprise a pressure-controlled valve between the steam portion of the intermediate-pressure steam separator and the compressor module and the intermediate compressor, respectively.

Контур охлаждения может дополнительно содержать датчик перегрева, объединенный с выходом потребителя охлаждения с низкой температурой и соединенный с блоком управления для обеспечения перегрева хладагента. Блок управления может представлять собой блок управления локальным перегревом, который управляет расширительным клапаном потребителя охлаждения и т.д., но который также может представлять собой блок управления контуром охлаждения в целом.The cooling circuit may further comprise an overheating sensor combined with the output of the low-temperature cooling consumer and connected to the control unit to provide refrigerant overheating. The control unit may be a local superheat control unit that controls the expansion valve of the cooling consumer, etc., but which may also be a control unit for the cooling circuit as a whole.

В контуре охлаждения может использоваться хладагент, который работает также в сверхкритических условиях, например СO₂.A refrigerant can be used in the cooling circuit, which also works under supercritical conditions, such as CO ₂ .

Другой вариант воплощения изобретения относится к устройству охлаждения, содержащему контур охлаждения в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения. Устройство охлаждения может представлять собой систему охлаждения для супермаркета, промышленную систему охлаждения и т.д. В случае системы охлаждения для супермаркета потребитель (потребители) охлаждения со средней температурой могут представлять собой витрины и тому подобное, например для молочных продуктов, мяса, овощей и фруктов, со средним уровнем охлаждения меньше чем 10°С и до приблизительно 0°С. Потребитель (потребители) охлаждения с низкой температурой могут представлять собой морозильные камеры с уровнем охлаждения -20°С и ниже.Another embodiment of the invention relates to a cooling device comprising a cooling circuit in accordance with an embodiment of the present invention. The cooling device may be a supermarket cooling system, an industrial cooling system, etc. In the case of a cooling system for a supermarket, the consumer (s) of cooling with an average temperature can be showcases and the like, for example, for dairy products, meat, vegetables and fruits, with an average cooling level of less than 10 ° C and up to about 0 ° C. The consumer (consumers) of cooling with a low temperature can be freezers with a cooling level of -20 ° C and below.

Еще один вариант воплощения настоящего изобретения относится к способу работы комбинированной среды и контура охлаждения с низкой температурой, предназначенного для циркуляции хладагента в заданном направлении потока, причем контур охлаждения содержит в направлении потока отбирающий тепло теплообменник, потребитель охлаждения со средней температурой, потребитель охлаждения с низкой температурой и модуль компрессора, каждый из которых имеет входное отверстие и выходное отверстие соответственно, в котором способ содержит следующие этапы:Another embodiment of the present invention relates to a method for operating a combined medium and a low temperature cooling circuit for circulating a refrigerant in a predetermined flow direction, the cooling circuit comprising a heat-removing heat exchanger, a medium temperature cooling consumer, a low temperature cooling consumer, in the flow direction and a compressor module, each of which has an inlet and an outlet, respectively, in which the method comprises the following stages:

(a) отделяют жидкий хладагент среднего давления, поступающий из выходного отверстия потребителя охлаждения с низкой температурой, от газообразного хладагента, поступающего из того же выходного отверстия;(a) separating the medium pressure liquid refrigerant from the outlet of the low temperature cooling consumer from the gaseous refrigerant from the same outlet;

(b) направляют газообразный хладагент среднего давления в направлении входного отверстия модуля компрессора; и(b) directing gaseous medium pressure refrigerant towards the inlet of the compressor module; and

(c) направляют жидкий хладагент среднего давления в направлении входного отверстия потребителя охлаждения с низкой температурой.(c) directing medium-pressure liquid refrigerant towards the inlet of the low temperature refrigeration consumer.

Способ может дополнительно содержать следующие этапы, на которых:The method may further comprise the following steps, in which:

(d) отделяют жидкий хладагент высокого давления, поступающий из выходного отверстия отбирающего тепло теплообменника, от газообразного хладагента, поступающего из того же выходного отверстия;(d) separating the high pressure liquid refrigerant coming from the outlet of the heat-removing heat exchanger from the gaseous refrigerant coming from the same outlet;

(e) направляют газообразный хладагент высокого давления в направлении входного отверстия модуля компрессора; и(e) directing gaseous high pressure refrigerant towards the inlet of the compressor module; and

(f) направляют жидкий хладагент высокого давления в направлении входного отверстия потребителя охлаждения с низкой температурой.(f) directing high pressure liquid refrigerant towards the inlet of the low temperature refrigeration consumer.

Способ может дополнительно содержать перед этапом (d) этап расширения хладагента высокого давления, поступающего из отбирающего тепло теплообменника, и предпочтительно этап регулирования давления газообразного хладагента высокого давления.The method may further comprise, before step (d), the step of expanding the high pressure refrigerant coming from the heat removal heat exchanger, and preferably the step of adjusting the pressure of the gaseous high pressure refrigerant.

(g) расширяют жидкий хладагент среднего давления до промежуточного давления;(g) expanding the medium-pressure liquid refrigerant to an intermediate pressure;

(h) отделяют жидкий хладагент промежуточного давления от газообразного хладагента промежуточного давления;(h) separating the liquid intermediate pressure refrigerant from the gaseous intermediate pressure refrigerant;

(i) направляют газообразный хладагент промежуточного давления в направлении входного отверстия модуля компрессора; и(i) directing the gaseous refrigerant of intermediate pressure towards the inlet of the compressor module; and

(j) направляют жидкий газообразный хладагент промежуточного давления в направлении потребителя охлаждения с низкой температурой и предпочтительно регулируют давление газообразного хладагента промежуточного давления; и предпочтительно(j) directing the intermediate pressure liquid gaseous refrigerant towards the low temperature cooling consumer, and preferably controlling the intermediate pressure refrigerant gas pressure; and preferably

(k) управляют перегревом газообразного хладагента низкого давления, поступающего во входное отверстие модуля компрессора.(k) control the overheating of gaseous low-pressure refrigerant entering the inlet of the compressor module.

Варианты воплощения настоящего изобретения более подробно описаны ниже со ссылкой на чертежи, на которых:Embodiments of the present invention are described in more detail below with reference to the drawings, in which:

на фиг.1 показан комбинированный контур охлаждения со средней и с низкой температурой в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;figure 1 shows a combined cooling circuit with medium and low temperature in accordance with the first embodiment of the present invention;

на фиг.2 показан комбинированный контур охлаждения со средней и с низкой температурой в соответствии со вторым вариантом воплощения.figure 2 shows a combined cooling circuit with medium and low temperature in accordance with the second embodiment.

На фиг.1 показан комбинированный контур 2 охлаждения со средней и низкой температурой, предназначенный для циркуляции хладагента в заданном направлении потока, которое обозначено стрелками, содержащий в направлении потока отбирающий тепло теплообменник 4, множество потребителей 6 охлаждения со средней температурой, сепаратор 8 пара среднего давления, имеющий паровой участок 10 и жидкостной участок 12, множество потребителей 14 охлаждения с низкой температурой, а также модуль 16 компрессора. Модуль 16 компрессора содержит множество отдельных компрессоров 18, некоторые из которых сгруппированы вместе с наборами компрессора, такими как 2-каскадный набор компрессора низкого давления, содержащий набор 20 компрессора низкого давления первого каскада и набор 22 компрессора низкого давления второго каскада. Имеется также набор 24 компрессора среднего давления, входное отверстие 26 которого соединено с паровым участком 10 сепаратора 8 пара среднего давления. Компрессоры и наборы компрессоров все могут быть установлены в одном и том же месте, но также могут быть расположены в разных местах в пределах контура 2. Выходные отверстия 28 и 30 набора 22 компрессора низкого давления второго каскада и набора 24 компрессора среднего давления соединены с входным отверстием 32 отбирающего тепло теплообменника 4. Отбирающий тепло теплообменник 4 может быть построен на основе обычного конденсатора в случае обычного хладагента и может представлять собой охладители газа в случае хладагента, который, по меньшей мере, частично работает в сверхкритических условиях.Figure 1 shows a combined cooling circuit 2 with medium and low temperature, designed to circulate the refrigerant in a given flow direction, which is indicated by arrows, containing heat-removing heat exchanger 4 in the direction of flow, a plurality of cooling consumers 6 with an average temperature, a medium pressure vapor separator 8 having a steam portion 10 and a liquid portion 12, a plurality of low temperature cooling consumers 14, and a compressor module 16. The compressor module 16 comprises a plurality of individual compressors 18, some of which are grouped together with compressor kits, such as a 2-stage low pressure compressor kit comprising a first stage low pressure compressor kit 20 and a second stage low pressure compressor kit 22. There is also a set 24 of medium pressure compressor, the inlet 26 of which is connected to the steam section 10 of the separator 8 of medium pressure steam. Compressors and compressor sets can all be installed in the same place, but can also be located in different places within circuit 2. Outlets 28 and 30 of set 22 of the low-pressure compressor of the second stage and set 24 of the medium-pressure compressor are connected to the inlet 32 of the heat-removing heat exchanger 4. The heat-removing heat exchanger 4 may be constructed on the basis of a conventional condenser in the case of a conventional refrigerant and may be gas coolers in the case of a refrigerant which is at least re, partially works in supercritical conditions.

Сепаратор 34 пара высокого давления, имеющий паровой участок 36 и жидкостной участок 38, предусмотрен между отбирающим тепло теплообменником 4 и потребителями 6 охлаждения со средней температурой. В частности, паровой участок 36 сепаратора 34 пара высокого давления соединен с выходным отверстием 40 отбирающего тепло теплообменника 4 через выходную линию 42 теплообменника. Расширительное устройство 44 расположено в выходной линии 42 теплообменника. Жидкостной участок 38 сепаратора 34 пара высокого давления соединен с потребителями 6 охлаждения со средней температурой с помощью линии 46 жидкости под высоким давлением. Паровой участок 36 сепаратора 34 пара высокого давления соединен с использованием линии 48 пара высокого давления с компрессором 50 пара высокого давления. Клапан 52 с регулируемым давлением расположен в линии 58 пара высокого давления. Каждый из потребителей 6 и 14 охлаждения со средней и низкой температурой соответственно могут содержать, по меньшей мере, одно устройство 54 и 56 расширения соответственно и, по меньшей мере, один испаритель 58 и 60 соответственно. Конечно, они могут представлять как одиночного потребителя, так и множество потребителей охлаждения со средней и низкой температурой соответственно.A high pressure steam separator 34 having a steam portion 36 and a liquid portion 38 is provided between the heat-removing heat exchanger 4 and cooling consumers 6 with an average temperature. In particular, the steam portion 36 of the high pressure steam separator 34 is connected to an outlet 40 of a heat-removing heat exchanger 4 through an outlet line 42 of the heat exchanger. Expansion device 44 is located in the output line 42 of the heat exchanger. The liquid section 38 of the high-pressure steam separator 34 is connected to the average temperature cooling consumers 6 via a high-pressure liquid line 46. The steam portion 36 of the high pressure steam separator 34 is connected using a high pressure steam line 48 to a high pressure steam compressor 50. An adjustable pressure valve 52 is located in line 58 of the high pressure steam. Each of the medium and low temperature refrigeration consumers 6 and 14, respectively, can comprise at least one expansion device 54 and 56, respectively, and at least one evaporator 58 and 60, respectively. Of course, they can represent both a single consumer and many cooling consumers with medium and low temperatures, respectively.

Как отмечено выше, модуль 16 компрессора содержит множество наборов 20, 22 и 24 компрессора, а также отдельные компрессоры 18, 50. Модуль 16 компрессора содержит множество входных отверстий с различными уровнями давления, при этом входные отверстия 62 набора 20 компрессора первого каскада набора 20, 22 компрессора низкого давления имеют самый низкий уровень давления, входное отверстие 26 набора 24 компрессора среднего давления имеет более высокий уровень среднего давления и входное отверстие 64 компрессора 50 пара высокого давления имеет по сравнению с остальными самый высокий уровень давления.As noted above, the compressor module 16 comprises a plurality of compressor kits 20, 22 and 24, as well as individual compressors 18, 50. The compressor module 16 comprises a plurality of inlets with different pressure levels, while the inlets 62 of the compressor set 20 of the first stage of the set 20, 22 low-pressure compressors have the lowest pressure level, the inlet 26 of the set 24 of the medium-pressure compressor has a higher average pressure and the inlet 64 of the compressor 50 of the high-pressure steam has the rest is the highest level of pressure.

Ниже будет описана работа контура охлаждения в соответствии с фиг.1, со ссылкой на контур 2 охлаждения СО₂. Во время работы давление хладагента в отбирающем тепло теплообменнике 4 может составлять до 120 бар и обычно составляет приблизительно 85 бар в "летнем режиме" и приблизительно 45 бар в "зимнем режиме". Хладагент, протекающий через выходную линию 42 теплообменника, расширяется в расширительном клапане 44, который понижает давление до уровня приблизительно 30-40 бар и предпочтительно 36 бар, причем такое давление обычно не зависит от "зимнего режима" и "летнего режима".Below will be described the operation of the cooling circuit in accordance with figure 1, with reference to the cooling circuit 2 of CO ₂ . During operation, the pressure of the refrigerant in the heat-removing heat exchanger 4 can be up to 120 bar and is usually about 85 bar in the "summer mode" and about 45 bar in the "winter mode". The refrigerant flowing through the outlet line 42 of the heat exchanger expands in the expansion valve 44, which lowers the pressure to about 30-40 bar and preferably 36 bar, and this pressure is usually independent of the "winter mode" and "summer mode".

Приемник высокого давления или сепаратор 34 пара высокого давления собирает и отделяет жидкий и газообразный хладагент в жидкий и паровой участки 38 и 36 соответственно. Линия 46 жидкости высокого давления направляет жидкий хладагент из жидкой части 38 в расширительное устройство 54 потребителей 6 охлаждения со средней температурой.A high pressure receiver or high pressure vapor separator 34 collects and separates liquid and gaseous refrigerant into the liquid and vapor sections 38 and 36, respectively. The high pressure liquid line 46 directs the liquid refrigerant from the liquid portion 38 to the expansion device 54 of the average temperature cooling consumers 6.

Потребители 6 охлаждения со средней температурой охлаждаются приблизительно до уровня от 1 до 10°С. Они могут быть скомпонованы или ими можно управлять таким образом, что хладагент, состоящий их двух фаз, будет присутствовать в их выходном отверстии. Такой состоящий из двух фаз хладагент, подают в сепаратор 8 пара среднего давления, где его собирают и отделяют в паровой участок 10 и жидкостной участок 12 соответственно. Газообразный хладагент из парового участка 10 направляют во входное отверстие 26 компрессора 24 среднего давления. Входное давление обычно составляет от 20 до 30 бар и приблизительно равно 26 бар, в результате получают температуру хладагента приблизительно -10°С у потребителей 6 охлаждения со средней температурой. Линия 66 высокого давления возвращает сжатый, горячий, газообразный хладагент в отбирающей тепло теплообменник 4. Аналогично газообразный хладагент из парового участка 36 сепаратора 34 пара высокого давления направляют через линию 48 пара высокого давления и клапан 52 с регулируемым давлением во входное отверстие 64 компрессора 50 пара высокого давления и возвращают в линию 66 высокого давления к отбирающему тепло теплообменнику 4.Consumers 6 cooling with an average temperature are cooled to approximately 1 to 10 ° C. They can be arranged or they can be controlled in such a way that a refrigerant consisting of two phases will be present in their outlet. Such a two-phase refrigerant is fed to a medium pressure vapor separator 8, where it is collected and separated into a steam section 10 and a liquid section 12, respectively. The gaseous refrigerant from the steam section 10 is sent to the inlet 26 of the medium pressure compressor 24. The inlet pressure is usually from 20 to 30 bar and approximately equal to 26 bar, as a result, a refrigerant temperature of about −10 ° C. is obtained from consumers 6 cooling at an average temperature. The high pressure line 66 returns the compressed, hot, gaseous refrigerant to the heat-removing heat exchanger 4. Similarly, the gaseous refrigerant from the steam section 36 of the high-pressure steam separator 34 is directed through the high-pressure steam line 48 and the pressure-controlled valve 52 to the inlet 64 of the high-pressure steam compressor 50. pressure and return to line 66 of the high pressure to the heat-removing heat exchanger 4.

Жидкий хладагент из жидкостного участка 12 сепаратора 8 пара средней температуры направляют к потребителям 14 охлаждения с низкой температурой и через них. Потребители 14 охлаждения с низкой температурой скомпонованы или ими управляют таким образом, чтобы получать перегретый газообразный хладагент только во входном отверстии 68 первого каскада набора 20 компрессора низкой температуры. Датчик перегрева (не показан) может быть соединен с выходом потребителей 14 охлаждения с низкой температурой или с входным отверстием 68 набора 20 компрессора низкой температуры первого каскада для того, чтобы обеспечить отсутствие жидкого хладагента, поступающего в набор 20 компрессора низкой температуры первого каскада. В соответствии с этим и/или в качестве альтернативы внутренний теплообменник (не показан) может быть предусмотрен между потребителями 14 охлаждения с низкой температурой и входным отверстием 68.The liquid refrigerant from the liquid section 12 of the medium temperature steam separator 8 is directed to and through the low temperature cooling consumers 14. The low temperature cooling consumers 14 are configured or controlled in such a way as to obtain superheated gaseous refrigerant only at the inlet 68 of the first stage of the low temperature compressor kit 20. An overheat sensor (not shown) can be connected to the outlet of the low temperature cooling consumers 14 or to the inlet 68 of the first stage low temperature compressor kit 20 to ensure that there is no liquid refrigerant entering the low temperature compressor kit 20 of the first stage. Accordingly and / or alternatively, an internal heat exchanger (not shown) may be provided between the low temperature cooling consumers 14 and the inlet 68.

Давление во входном отверстии 68 обычно составляет от 8 до 20 бар и предпочтительно равно приблизительно 12 бар, в результате чего получают температуру хладагента приблизительно -37°С у потребителей 14 охлаждения с низкой температурой.The pressure at the inlet 68 is usually from 8 to 20 bar and preferably equal to about 12 bar, resulting in a refrigerant temperature of about −37 ° C. from low temperature cooling consumers 14.

И снова газообразный хладагент возвращают через компрессор 26 и 22 низкого давления соответственно и линию 66 высокого давления к отбирающему тепло теплообменнику 4.Again, the gaseous refrigerant is returned through the low pressure compressor 26 and 22, respectively, and the high pressure line 66 to the heat-removing heat exchanger 4.

Вариант воплощения по фиг.2 соответствует, по существу, варианту воплощения, представленному на фиг.1. В связи с этим соответствующие элементы обозначены соответствующими номерами ссылочных позиций. Основное отличие между двумя вариантами воплощения связано с разным направлением жидкого хладагента, отводимого от жидкостного участка 12 сепаратора 8 пара средней температуры по сравнению с фиг.1. В частности, расширительное устройство 70 среднего давления и сепаратор 72 пара промежуточного давления, имеющий паровой участок 74 и жидкостной участок 76, дополнительно расположены последовательно за сепаратором 8 пара средней температуры. Кроме того, промежуточный клапан 78 с регулируемым давлением так же, как и промежуточный компрессор 80, соединяет паровой участок 74 сепаратора 72 пара промежуточного давления с уровнем промежуточного давления между набором 20 компрессора низкого давления первого каскада и набором 22 компрессора низкого давления второго каскада. И снова промежуточный компрессор 80 может представлять собой один компрессор или множество компрессоров и может дополнительно представлять собой управляемый компрессор. Перепад давлений на промежуточном компрессоре 80, по существу, меньше, чем разность давления на наборе 20 компрессора низкого давления первого каскада. Значения давления и температуры, по существу, находятся на том же уровне, что и в первом варианте воплощения по фиг.1, и для промежуточного сепаратора 72 пара температура насыщения приблизительно равна половине между низкой температурой и упомянутыми средними температурами испарителя.The embodiment of FIG. 2 corresponds essentially to the embodiment of FIG. 1. In this regard, the corresponding elements are indicated by the corresponding numbers of reference positions. The main difference between the two embodiments is related to the different direction of the liquid refrigerant discharged from the liquid section 12 of the medium temperature steam separator 8 in comparison with FIG. In particular, the medium pressure expansion device 70 and the intermediate pressure steam separator 72 having the steam portion 74 and the liquid portion 76 are further arranged sequentially behind the medium temperature steam separator 8. In addition, the pressure-controlled intermediate valve 78, like the intermediate compressor 80, connects the vapor section 74 of the intermediate-pressure steam separator 72 with the intermediate pressure level between the low-pressure compressor set 20 of the first stage and the low-pressure compressor set of the second stage 22. Again, the intermediate compressor 80 may be a single compressor or multiple compressors and may further be a controllable compressor. The pressure drop across the intermediate compressor 80 is substantially less than the pressure difference across the set 20 of the low pressure compressor of the first stage. The pressure and temperature values are essentially at the same level as in the first embodiment of FIG. 1, and for the intermediate vapor separator 72, the saturation temperature is approximately equal to half between the low temperature and said average evaporator temperatures.

Клапаны 52 и 78 с регулируемым давлением обеспечивают возможность удержания или управления подачей обратного давления в расширительные клапаны для средней и низкой температуры.Pressure controlled valves 52 and 78 provide the ability to hold or control the back pressure to the expansion valves for medium and low temperatures.

Claims

1. The combined circuit (2) cooling with medium and low temperature, designed to circulate the refrigerant in a given direction of flow, containing in the direction of flow
(a) heat-removing heat exchanger (4);
(b) consumer (6) cooling with an average temperature;
(c) a medium pressure steam separator (8) having a steam section (10) and a liquid section (12) connected to the consumer (6) of cooling at an average temperature;
(d) a low temperature refrigeration consumer (14); and
(e) a compressor module (16), the inlet of which is connected to a steam section (10) of a medium pressure steam separator (8) and a low temperature cooling consumer (14);
additionally containing a medium pressure expansion device (70) and an intermediate pressure steam separator (72), the medium pressure expansion device (70) connected to the liquid section (12) of the medium pressure separator (8), the liquid section (76) of the separator (72) the intermediate pressure pair is connected to the low-temperature cooling consumer (14), and the steam section (74) of the separator (74) the intermediate pressure pair is connected to the compressor module (16).

2. The cooling circuit (2) according to claim 1, further comprising a high pressure steam separator (34) having a steam section (36) and a liquid section (38) between the heat-removing heat exchanger (4) and the cooling consumer (6) with an average temperature the steam section (36) of which is connected to the inlet of the compressor module (16), and the liquid section (38) of which is connected to the cooling consumer (6) with an average temperature.

3. The cooling circuit (2) according to claim 2, further comprising an expansion device (44) between the heat-removing heat exchanger (4) and the high-temperature steam separator (34).

4. The cooling circuit (2) according to claim 2 or 3, further comprising a pressure-controlled valve (52) installed in line (48) between the steam section (36) of the high-pressure steam separator (34) and the compressor module (16).

5. The cooling circuit (2) according to claim 1, in which the consumer (6; 14) cooling comprises at least one expansion device (54; 56) and at least one evaporator (58; 60).

6. The cooling circuit (2) according to claim 1, wherein the compressor module (16) comprises a low pressure compressor kit (20, 22), a medium pressure compressor kit (24) and a high pressure steam compressor (50), the low compressor set the pressure is connected to the consumer (14) of low-temperature cooling, the set (24) of the medium-pressure compressor is connected to the steam section of the separator (8) of medium pressure steam, and the compressor (50) of the high-pressure steam is connected to the steam section of the separator (36) high pressure steam.

7. The cooling circuit (2) according to claim 1, wherein the compressor module (16) further comprises an intermediate compressor (80) between the steam section (36) of the intermediate-pressure steam separator (72) and the medium-pressure compressor kit (24).

8. The cooling circuit (2) according to claim 1, further comprising a pressure-controlled valve (78) between the steam part (74) of the steam separator (72) of the intermediate pressure steam and the compressor module (16).

9. The cooling circuit (2) according to claim 1, further comprising an overheating sensor connected to the outlet of the low-temperature cooling consumer (14) and connected to the control to ensure refrigerant overheating.

10. The cooling circuit (2) according to claim 1, wherein the refrigerant is C O ₂ .

11. A cooling device comprising a cooling circuit (2) according to any one of
claims 1-10.

12. The method of operation of the combined cooling circuit (2) with medium and low temperature, designed to circulate the refrigerant in a given flow direction, the cooling circuit (2) comprising a heat-removing heat exchanger (4) in the flow direction, a cooling consumer (6) with an average temperature , a low temperature cooling consumer (14) and a compressor module (16), each of which has an inlet and an outlet, respectively, in which the method comprises the following steps, in which:
(a) separating the medium-pressure liquid refrigerant coming from the cooling medium outlet (6) of the average temperature from the gaseous refrigerant coming from the same outlet;
(b) directing gaseous medium pressure refrigerant towards the inlet of the compressor module (16);
(c) expanding the medium-pressure liquid refrigerant to an intermediate pressure;
(d) separating the liquid intermediate pressure refrigerant from the gaseous intermediate pressure refrigerant;
(e) directing the gaseous refrigerant of intermediate pressure towards the inlet of the compressor module (16); and
(f) directing the liquid gaseous intermediate-pressure refrigerant towards the low temperature cooling consumer (14).

13. The method according to item 12, further comprising the following steps, in which:
bφ) separating the high pressure liquid refrigerant coming from the outlet of the heat-removing heat exchanger (4) from the gaseous refrigerant coming from the same outlet;
bφφ) direct the gaseous high-pressure refrigerant towards the inlet of the compressor module (16); and
bφφφ) direct the high-pressure liquid refrigerant towards the inlet of the consumer (6) with average temperature cooling.

14. The method according to item 13, further comprising, before step (bφ), the step of expanding the high pressure refrigerant coming from the heat-removing heat exchanger (4).

15. The method according to item 13 or 14, further comprising the step of regulating the pressure of the gaseous high-pressure refrigerant.

16. The method according to item 12, further comprising the step of regulating the pressure of the gaseous refrigerant intermediate pressure.

17. The method according to item 12, further containing a stage in which:
(g) controlling the overheating of gaseous low-pressure refrigerant entering the inlet of the compressor module (16).

18. The method of claim 12, wherein the compressor module (16) comprises a low pressure compressor kit (20, 22), a medium pressure compressor kit (24), a high pressure steam compressor (50) and an intermediate pressure compressor (80), and in which gaseous refrigerant from the low temperature cooling consumer (14) is sent to the low pressure compressor kit (20, 22), the medium pressure refrigerant gas is sent to the medium pressure compressor kit (24), the gaseous high pressure refrigerant is sent to the compressor ( 50) a pair of high pressure, and gaseous intermediate pressure refrigerant is directed to the intermediate pressure compressor (80).