(57)【要約】【課題】ＣＯ２冷凍装置の効率的で安価な制御法を提供する。【解決手段】以下に挙げる４つのファンクションａ）〜ｄ）、すなわち：ａ）過冷却器内での主流の過冷却の程度；ｂ）分流の過冷却器出口に配置され、制御可能な絞り弁（３４，３５，３６）の部分であるフィーラにおける調節したい過熱の程度；ｃ）分流を案内する管路内に、それぞれの過冷却器の下流に配置されている圧力制御弁（４２，４３，４４）の調節された開放または閉鎖による二次的な流動経路内の中間圧力の変更；ｄ）上側の段の圧縮最終圧力の変更；が組み合わされてまたはそれぞれ単独で存在するようにした。【選択図】図１
2008232613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油注入式のねじ圧縮機が２段に配置された２段式のねじ圧縮機ユニットを備えた２段式のＣＯ２冷凍装置の制御法であって、ねじ圧縮機が流動方向で相前後して配置されており、上下の圧力段の両ねじ圧縮機がそれぞれ１つの中間圧力開口、いわゆるエコノマイザ接続部を有しており、該エコノマイザ接続部が流動に関してケーシング内のロータの歯溝に、該歯溝と連通している限り吸込側への流動接続も吐出側への流動接続も生じないように隣接しており、両圧力段のねじ圧縮機間の接続線路内に中間圧力接続部が設けられており、ＣＯ２ガスクーラ出口と蒸発器システムへのＣＯ２入口との間に、ガスクーラ出口と絞り装置を備えた蒸発器システムとの間の冷媒主流のための一次的な流動経路が存在しており、該一次的な流動経路内に少なくとも３つの熱交換器が、この一次的な流動経路に関してシリアルに配置されており、これらの熱交換器が「上側」の補助過冷却器、「中間」の過冷却器および「下側」の補助過冷却器として形成されており、過冷却器の熱交換器面の一方の側に、前記一次的な流動経路の部分が隣接しており、熱交換器面の他方の側に、二次的な流動経路の部分が隣接しており、該二次的な流動経路の部分が、一次的な流動経路から絞り弁、過冷却器および管路を介した上側の段のねじ圧縮機のエコノマイザ接続部、上下の段のねじ圧縮機間の中間圧力接続部および下側の段のねじ圧縮機のエコノマイザ接続部への流動接続の部分であり、かつ管路および制御可能な弁を有している、油注入式のねじ圧縮機が２段に配置された２段式のねじ圧縮機ユニットを備えた２段式のＣＯ２冷凍装置の制御法において、
以下に挙げる４つのファンクションａ）〜ｄ）、すなわち：
ａ）過冷却器内での主流の過冷却の程度；
このために、過冷却器を通る冷媒分流が絞り弁（３４，３５，３６）の調節された開放または閉鎖により増加または減少されるか、または絞り弁（３４，３５，３６）の完全な閉鎖後、「上側」の補助過冷却器、「中間」の過冷却器および／または「下側」の補助過冷却器が相前後して運転停止される。
ｂ）分流の過冷却器出口に配置され、制御可能な絞り弁（３４，３５，３６）の部分であるフィーラにおける調節したい過熱の程度；
ｃ）分流を案内する管路内に、それぞれの過冷却器の下流に配置されている圧力制御弁（４２，４３，４４）の調節された開放または閉鎖による二次的な流動経路内の中間圧力の変更；
ｄ）上側の段の圧縮最終圧力の変更；
このために、ガスクーラの下流に配置された絞り弁（４５）で、冷凍能力を減じるためにこの圧力が下げられ、冷凍能力と駆動力との間の最適値まで冷凍能力を高めるために上げられ、かつ最適な圧力のために制御アルゴリズムが部分負荷制御とは無関係に存在している。
という４つのファンクションが組み合わされてまたはそれぞれ単独で存在することを特徴とする、油注入式のねじ圧縮機が２段に配置された２段式のねじ圧縮機ユニットを備えた２段式のＣＯ２冷凍装置の制御法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油注入式のねじ圧縮機（oelueberfluteter Schraubenverdichter）が２段に配置された２段式のねじ圧縮機ユニットを備えた２段式のＣＯ２冷凍装置（CO2-Kaelteanlage）の制御法であって、ねじ圧縮機が流動方向で相前後して配置されており、上下の圧力段の両ねじ圧縮機がそれぞれ１つの中間圧力開口、いわゆるエコノマイザ接続部を有しており、該エコノマイザ接続部が流動に関してケーシング内のロータの歯溝に、該歯溝と連通している限り吸込側への流動接続も吐出側への流動接続も生じないように隣接しており、両圧力段のねじ圧縮機間の接続線路内に中間圧力接続部が設けられており、ＣＯ２ガスクーラ出口と蒸発器システムへのＣＯ２入口との間に、ガスクーラ出口と絞り装置を備えた蒸発器システムとの間の冷媒主流のための一次的な流動経路が存在しており、該一次的な流動経路内に少なくとも３つの熱交換器が、この一次的な流動経路に関してシリアルに配置されており、これらの熱交換器が「上側」の補助過冷却器、「中間」の過冷却器および「下側」の補助過冷却器として形成されており、過冷却器の熱交換器面の一方の側に、前記一次的な流動経路の部分が隣接しており、熱交換器面の他方の側に、二次的な流動経路の部分が隣接しており、該二次的な流動経路の部分が、一次的な流動経路から絞り弁、過冷却器および管路を介した上側の段のねじ圧縮機のエコノマイザ接続部、上下の段のねじ圧縮機間の中間圧力接続部および下側の段のねじ圧縮機のエコノマイザ接続部への流動接続の部分であり、かつ管路および制御可能な弁を有している、油注入式のねじ圧縮機が２段に配置された２段式のねじ圧縮機ユニットを備えた２段式のＣＯ２冷凍装置の制御法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、２段式の圧縮のための、直接流動方向で相前後して配置された油注入式のねじ圧縮機を備えた２段式のＣＯ２冷凍装置を制御する方法に関する。両圧力段のねじ圧縮機は有利にはそれぞれ１つの中間圧力開口、いわゆるエコノマイザ接続部を有しており、エコノマイザ接続部は流動に関してケーシング内のロータの歯溝に、エコノマイザ接続部が歯溝と連通している限り吸込側への流動接続も吐出側への流動接続も生じないように隣接している。上側の圧力段の圧縮機は、背景技術により、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３３４９４７号明細書に記載されているように構成されている。
【０００３】
両圧力段の圧縮機間の接続線路内に中間圧力接続部が配置されていることと、圧縮機にエコノマイザ接続部が存在していることは、背景技術により、例えば特許出願番号１０２００５０１８６０２．５に記載されているように、ガスクーラと蒸発器との間の冷媒の４段階の膨張を可能にする。
【０００４】
背景技術によれば、両ねじ圧縮機は、運転パラメータ、有利には直接冷媒ＣＯ２の蒸発温度に関係する蒸発器内の圧力を制御する目的で、圧送体積を変更するための手段、例えばそれぞれ１つの制御スライダを装備している。制御スライダは部分的に、ロータを有するケーシング内に配置されており、アクティブ化のための別の液圧コンポーネントおよび制御エレメントを必要とする。またはねじ圧縮機は駆動回転数の変更により制御される。運転パラメータのこの制御は、出力制御（Leistungsregelung）とも呼ばれる。それゆえ、この概念は以下に本文でも使用される。
【０００５】
上記形式の出力制御にとって欠点であるのは、この解決策の所要コストである。
【０００６】
したがって、この欠点を取り除き、効率的で安価な出力制御を提供することは大きな課題である。
【０００７】
公知の多段式のＣＯ２冷凍装置が記載されている特許出願番号１０２００７００３９８３．３のフラッシュ蒸気は、中間圧力接続部および圧縮機のエコノマイザ接続開口に、有利には制御可能な弁装置を介して供給される一方、液体は「下側」の絞り箇所を介して下側の補助液体分離器内で膨張される。補助液体分離器内でフラッシュ蒸気と液体とは互いに分離される。
【０００８】
そこから、液体は「最も下側」の絞り箇所を介して蒸発器液体分離器システムに到達する。この蒸発器液体分離器システムから、フラッシュ蒸気は下側の圧力段の圧縮機の吸込側に、熱供給により蒸発器内に生じる冷媒蒸気と共に供給される。
【０００９】
別の公知の多段式のＣＯ２冷凍装置が記載されている特許出願番号１０２００７００３９８９．３の第２の解決策では、蒸発器システムに供給される冷媒流は、複数の過冷却区分を通流した後、１段で膨張される。冷媒主流のための流動経路内に配置されている「上側」の補助液体過冷却器、「中間」の液体過冷却器および「下側」の補助液体過冷却器内での冷媒流の冷却のために、それぞれの液体過冷却器区分の前に設けられた液体分岐により、冷媒液体の分流が分岐され、それぞれの液体過冷却器内で蒸発される。この冷媒蒸気は上側の段の圧縮機のそれぞれのエコ接続部、上下の圧力段の圧縮機間の中間圧力接続部、下側の圧力段の圧縮機のエコノマイザ接続部に供給される。
【００１０】
２段式の圧縮機装置の下側の圧力段の圧縮機の圧送体積は、公知の手段、例えばロータに対するその相対的な位置に応じて有効な圧送行程を短縮する制御スライダまたは回転数を制御するための装置により制御される。下側の圧力段の圧送流変化により、下側の圧力段下流の圧力は変化する。
【００１１】
それゆえ、上側の圧力段の圧縮機も、制御スライダまたは圧縮機回転数を変更するための装置を、圧送体積の変更のために装備しなければならない。この圧縮機は、約１２０バールまでの大きな圧力のために適していなければならないので、圧縮機に制御スライダを備える構成はさらなるコストを招くこととなる。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３３４９４７号明細書
【特許文献２】特許出願番号１０２００５０１８６０２．５
【特許文献３】特許出願番号１０２００７００３９８３．３
【特許文献４】特許出願番号１０２００７００３９８９．３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、公知の装置の欠点を取り除き、効率的で安価な出力制御を提供すること、具体的には上側の圧力段の圧縮機を制御スライダなしに構成し、かつ駆動回転数を変更するための装置なしに運転することである。さらに本発明の課題は、上側の圧力段の圧縮機前の圧力を別の適当な手段および方法により適合することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明の構成では、以下に挙げる４つのファンクションａ）〜ｄ）、すなわち：
ａ）過冷却器内での主流の過冷却の程度；
このために、過冷却器を通る冷媒分流が絞り弁の調節された開放または閉鎖により増加または減少されるか、または絞り弁の完全な閉鎖後、「上側」の補助過冷却器、「中間」の過冷却器および／または「下側」の補助過冷却器が相前後して運転停止される。
ｂ）分流の過冷却器出口に配置され、制御可能な絞り弁の部分であるフィーラにおける調節したい過熱の程度；
ｃ）分流を案内する管路内に、それぞれの過冷却器の下流に配置されている圧力制御弁の調節された開放または閉鎖による二次的な流動経路内の中間圧力の変更；
ｄ）上側の段の圧縮最終圧力の変更；
このために、ガスクーラの下流に配置された絞り弁で、冷凍能力を減じるためにこの圧力が下げられ、冷凍能力と駆動力との間の最適値まで冷凍能力を高めるために上げられ、かつ最適な圧力のために制御アルゴリズムが部分負荷制御とは無関係に存在している。
という４つのファンクションが組み合わされてまたはそれぞれ単独で存在するようにした。
【００１４】
本発明の有利な構成では、圧力センサを上側の圧力段の圧縮機の下流に圧力管体に配置し、かつ温度センサをガスクーラのＣＯ２出口の下流に配置する。本発明の別の有利な構成では、最適な圧力のために制御アルゴリズムがガスクーラ出口温度の関数として部分負荷制御とは無関係に存在している。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、上側の圧力段の圧縮機前の圧力は、複数のファンクションの組み合わせにより制御される。
ａ）流動経路に沿って相前後して配置され、熱交換器として形成されている液体過冷却器内での主流の過冷却の程度によって；
熱交換器を通して２つの冷媒流が分割されて案内される。２つの冷媒流は、それぞれ異なる温度に基づいて、熱交換器の通過時、熱を交換する。冷媒の主流はその際に冷却される（これを「過冷却（Unterkuehlung）」と呼ぶ。）。主流から熱交換器の前で分岐され、熱交換器の前で、絞り弁内でより低い圧力に膨張された冷媒の分流は、主流からの吸熱の結果、蒸発する。分流は、液体過冷却器への冷媒供給とも呼ばれる。上側の圧力段の圧縮機前の圧力を制御するために、液体過冷却器は相前後して運転停止される。冷媒供給内のストップ弁は、出力を減少するために閉鎖され、出力を増加するために開放される。
ｂ）中間冷却器出口において測定される、液体過冷却器後の分流の過熱の変更によって；
過熱は中間冷却器出口で、上側の圧力段の圧縮機前の圧力に依存して増加または減少される。過熱は、液体分離器後の分流の実際の出口温度と、分流の圧力により規定されている、液体分離器内の蒸発温度との温度差である。このために、中間冷却器の出口に設けられた弁は、液体過冷却器の通過後の冷媒主流の過冷却の程度を変更するために、調節されて開放または閉鎖される。
ｃ）中間圧力の変更によって；
両圧力段のエコノマイザ接続部の前に、有利には、エコノマイザ接続部への体積流量、ひいては冷凍装置の冷凍能力を制御するために、制御弁が配置されている。本発明によるこの制御形式では、中間冷却器出口と、エコノマイザ接続部または中間圧力接続部へのそれぞれの中間圧力供給箇所との間に配置されている弁が、調節されて開放または閉鎖される。
ｄ）上側の圧力段の圧縮最終圧力の変更によって；
冷凍能力を制御するためのこの規定は、上側の圧力段の冷凍能力が、ガスクーラ内の冷媒蒸気の冷却時に、臨界点の上側で、ガスクーラからのＣＯ２出口温度および上側の段の圧縮最終圧力と共に変化するという状況を利用する。冷凍能力は、ガスクーラの下流に配置された絞り弁での、上側の段の圧縮最終圧力の変化により変更される。冷凍能力を減じるために、この圧力はこの弁の開放により下げられ、弁は冷凍能力と駆動力との間の最適値まで冷凍能力を高めるためにさらに閉鎖され、これにより圧縮最終圧力はやはり冷凍能力と駆動力との間の最適値まで上げられる。最適値は独自の制御アルゴリズムにより部分負荷制御とは無関係に求められる。
【００１６】
冷凍装置の冷凍能力の制御は広い範囲で、説明した制御法ａ）〜ｄ）の組み合わせによりまたはそれぞれ単独に、固有のバイパス弁装置または回転数制御を有しない上側の圧力段内の圧縮機により可能である。
【００１７】
下側の圧力段の圧縮機は、蒸発器からの蒸気体積流量への適合のために圧送流を変更する目的で、出力制御のための公知の手段、例えば制御スライダまたは可変の回転数を有する駆動装置を装備している。その際、制御スライダは、ロータを包囲するケーシングの周壁部分を形成し、圧縮機の圧送量を変更する目的でケーシング内のバイパス開口を開放する。バイパス開口を通して、吸い込まれた圧送体積の一部は圧縮機の吸込側に戻し案内される。
【００１８】
これにより、圧縮機により圧送され、冷凍能力を生じるエンタルピ差に掛けられる質量流量が変化する。
【００１９】
２段式のねじ圧縮機ユニットを備えた２段式のＣＯ２冷凍装置の個々の制御法について以下に説明する。使用される数字は例示的な図面に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
下側の圧力段のねじ圧縮機１と上側の圧力段のねじ圧縮機２とは流動方向で直列に配置されている。ねじ圧縮機１，２はそれぞれ１つのエコノマイザ接続部２５，２６を有する。ねじ圧縮機１，２間の接続線路１３内には中間圧力接続部４０が設けられている。ガスクーラ４のＣＯ２側の出口と、液体分離器８を備えた蒸発器システムへの入口との間には、冷媒を案内する接続管路３０が配置されている。接続管路３０は、ガスクーラ４の出口と、絞り装置４１を備えた蒸発器システムとの間の冷媒主流のための流動経路を形成し、かつ熱交換器３１，３２，３３の部分面を有する。３つの熱交換器３１，３２，３３はこの流動経路に関してシリアルに配置されている。その際、熱交換器３１は「上側」の補助過冷却器として、熱交換器３２は「中間」の過冷却器として、熱交換器３３は「下側」の補助過冷却器として形成されている。熱交換器３１，３２，３３の熱交換する面の一方の側には、既に述べたように、流動経路の部分が存在しており、かつ流動経路から絞り弁３４，３５，３６を介したそれぞれの熱交換器面の他方の側への液体分岐が存在している。熱交換器３１，３２，３３のこの側の出口は、ねじ圧縮機１，２のエコノマイザ接続部２５，２６と、上下の段のねじ圧縮機１，２間に設けられた中間圧力接続部４０とに接続されている。
【００２１】
組み合わされるかまたは単独で成立する上記４つのファンクションａ）〜ｄ）について、以下に説明する。
ａ）過冷却器内での主流の過冷却の程度が変更される。このために、液体過冷却器３１，３２，３３を通る冷媒分流が、絞り弁３４，３５，３６の調節された開放または閉鎖により増減される。これにより、液体分離器に進入する前の流体の冷却の程度は変化し、これにより単位体積当たりの冷凍能力は変化する。
ｂ）絞り弁３４，３５および３６は、例えば電気的に操作される絞り弁として形成されており、冷媒出口におけるその過熱は制御可能である。制御したいパラメータ、例えば液体分離器内の圧力に依存した、熱交換器３１，３２，３３の分流の出口に設けられたこれらの弁のフィーラにおける調節したい過熱の程度は、冷凍能力を拡大または縮小する。
ｃ）接続点２５，２６，４０における中間圧力の変更のために、圧力制御弁４２，４３，４４が、エコノマイザ接続部２５，２６および両圧縮機１，２間の接続点４０への体積流量を変更し、ひいては冷凍装置の冷凍能力を制御するために配置されている。このために、中間冷却器３１，３２，３３の出口と、エコノマイザ接続部または中間圧力接続部へのそれぞれの中間圧力供給箇所との間に配置されている弁４２，４３，４４が、調節されて開放または閉鎖される。
ｄ）ガスクーラ４の下流に配置された絞り弁４５による、ねじ圧縮機２の上側の段の圧縮最終圧力の変更は、冷凍能力に影響を及ぼす。圧力は、冷凍能力を減じるために下げられ、冷凍能力と駆動力との間の最適値まで冷凍能力を高めるために上げられる。最大の圧力は、ＣＯ２ガスクーラ出口温度の関数としての制御アルゴリズムを介して上方で制限される。圧力は最適なエネルギ供給のために最適な圧力である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】２段式のＣＯ２冷凍装置を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ねじ圧縮機
２  ねじ圧縮機
４  ガスクーラ
８  液体分離器
１３  接続線路
２５  エコノマイザ接続部
２６  エコノマイザ接続部
３０  接続管路
３１  熱交換器
３２  熱交換器
３３  熱交換器
３４  絞り弁
３５  絞り弁
３６  絞り弁
４０  中間圧力接続部
４２  圧力制御弁
４３  圧力制御弁
４４  圧力制御弁
４５  絞り弁
【図１】
2008232613.tif 000003