PL231123B1

PL231123B1 - System for direct recovery of oil

Info

Publication number: PL231123B1
Application number: PL410747A
Authority: PL
Inventors: Damian Pędziwiatr
Original assignee: Pedziwiatr Damian
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2019-01-31
Also published as: PL410747A1

Abstract

Układ bezpośredniego odzyskiwania oleju z pionu instalacji chłodniczej z wykorzystaniem sprężarki, rur o różnej średnicy (1, 2) oraz syfonów (5) gromadzących nadmiar oleju (7), charakteryzuje się tym, że główny rurociąg (1) wyposażony jest w zawór (3), korzystnie elektromagnetyczny, zaś w dolnej części instalacji, poniżej zaworu (3), korzystnie bezpośrednio do syfonu (5), korzystnie z jego boku odchodzi rurociąg pomocniczy (2) o średnicy mniejszej niż rurociąg główny (2).The system of direct oil recovery from the refrigeration installation riser using a compressor, pipes of various diameters (1, 2) and siphons (5) collecting excess oil (7), is characterized by the fact that the main pipeline (1) is equipped with a valve (3) , preferably electromagnetic, and in the lower part of the installation, below the valve (3), preferably directly to the siphon (5), preferably from its side, there is an auxiliary pipeline (2) with a diameter smaller than the main pipeline (2).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ bezpośredniego odzyskiwania oleju w pionie instalacji chłodniczej.The subject of the invention is a direct oil recovery system in the riser of a refrigeration plant.

Głównym elementem układu chłodniczego jest sprężarka, która z jednej strony tłoczy czynnik roboczy podwyższając ciśnienie, co za tym idzie jego parametry termodynamiczne, a z drugiej zasysając go przy znacznie niższym ciśnieniu i temperaturze. Sprężarka chłodnicza jak każde urządzenie tego typu napędzane silnikiem, wymaga ciągłego smarowania olejem, ruchomych elementów napędu. Ponieważ do tej pory nie opracowano sprężarki, która mogłaby przez cały czas swojej pracy zachować w sobie 100% napełnionego oleju (nawet wspomaganych odolejaczem), dlatego nieunikniona jest jego emigracja w całej instalacji. Olej w bardzo małych ilościach, systematycznie odprowadzany jest ze sprężarki. Mieszając się ze sprężanym czynnikiem chłodniczym, obiega wraz z nim cały układ, ostatecznie wracając po stronie ssawnej do urządzenia. Po stronie wysokiego ciśnienia, olej nie ma zbyt ciężkiej drogi powrotu z racji dużo większej gęstości czynnika roboczego (gorący gaz a następnie ciecz), i wysokiej temperatury co za tym idzie mniejszej jego lepkości. Po przejściu przez zawór dławiący, po stronie niskiego ciśnienia olej oddziela się od czynnika chłodzącego i pojawiają się problemy związane z jego zaleganiem i odprowadzaniem z instalacji. Niska temperatura obniżająca lepkość, mała gęstość czynnika chłodniczego w formie gazu, stanowią znaczne utrudnienie w drodze powrotnej oleju do sprężarki. O ile w poziomych odcinkach instalacji, można wykonać rurociąg z minimalnym spadkiem, o tyle w pionowych odcinkach jest to już spory problem, tym bardziej im większa jest różnica wysokości i im mniejsza temp. odparowania (największa przeszkoda dla układów mroźniczych).The main element of the cooling system is the compressor, which, on the one hand, pumps the working medium, increasing the pressure, and thus its thermodynamic parameters, and, on the other hand, sucks it in at a much lower pressure and temperature. A refrigeration compressor, like any motor-driven device of this type, requires continuous lubrication of moving parts with oil. Since so far no compressor has been developed that could keep 100% of the filled oil (even with an oil separator) throughout its operation, therefore its emigration throughout the installation is inevitable. Oil in very small amounts is systematically drained from the compressor. By mixing with the compressed refrigerant, it circulates the entire system with it, eventually returning to the unit on the suction side. On the high pressure side, the oil does not have a too heavy return path due to the much higher density of the working medium (hot gas and then liquid), and the high temperature, and thus its lower viscosity. After passing through the throttle valve, on the low pressure side, the oil separates from the coolant and problems with its retention and discharge from the system arise. The low viscosity-lowering temperature and the low density of the refrigerant gas make it difficult for the oil to return to the compressor. While in the horizontal sections of the installation, a pipeline with a minimum slope can be made, in vertical sections it is a big problem, the more the greater the height difference and the lower the evaporation temperature (the biggest obstacle for freezing systems).

Znana jest metoda doboru odpowiednich średnic rurociągów ssawnych, tak aby prędkość czynnika przekroczyła 7 m/s. W praktyce wygląda to tak, iż im mniejszą średnicę rury zastosowano, tym większą prędkość czynnika chłodzącego uzyskano, tym samym, przy większej prędkości czynnik jest w stanie lepiej transportować cięższe cząsteczki oleju z powrotem do sprężarki. Nie jest to jednak skuteczność 100%, a zmniejszenie średnicy rur wiąże się z większym spadkiem ciśnienia na rurociągu, a co za tym idzie większymi stratami wydajności agregatu.There is a known method of selecting the appropriate diameters of the suction pipelines so that the speed of the medium exceeds 7 m / s. In practice, the smaller the diameter of the pipe used is, the greater the speed of the cooling medium is achieved, thus, at a higher speed, the refrigerant is better able to transport the heavier oil particles back to the compressor. However, this is not a 100% efficiency, and reducing the diameter of the pipes is associated with a greater pressure drop in the pipeline, and thus greater losses in the efficiency of the unit.

Znana jest metoda wykonywania syfonów olejowych min. co ~3 m wys. Jednak większa liczba syfonów w układzie, to również straty wydajności chłodniczej, oraz większa akumulacja oleju w instalacji. Ponadto odkładanie oleju w syfonie powoduje, iż mniej oleju powraca do sprężarki, a przedmiotowy ubytek trzeba uzupełnić. Dodatkowo przedmiotowy olej, przy wzroście ciśnienia czynnika zostanie ponownie odprowadzony do sprężarki i nastąpi kumulacja oleju dolanego i doprowadzonego co grozi uszkodzeniem samej sprężarki.The method of making oil siphons is known, including every ~ 3 m in height. However, the greater number of siphons in the system, the loss of cooling capacity, and greater accumulation of oil in the system. In addition, the deposition of oil in the siphon causes that less oil returns to the compressor, and the loss in question must be replaced. Additionally, the oil in question, when the refrigerant pressure increases, will be returned to the compressor and the added and supplied oil will accumulate, which may damage the compressor itself.

Znana jest metoda wykonywania podwójnych pionów w przypadku braku możliwości zachowania minimalnej prędkości przepływu czynnika w instalacji w układach z regulowaną wydajnością (regulacja strumienia przepływu czynnika poprzez odłączanie kolejnych stopni lub prędkości obrotowej sprężarki). Gdy prędkość przepływu lub gęstość czynnika jest zbyt mała, olej zbiera się w dolnym syfonie, i kiedy w całości go zapełni, szerszy rurociąg zostaje przytkany, a pozostały krążący olej w układzie wraz z czynnikiem zostaje zassany z dużo większą prędkością przez rurociąg węższy. Kiedy agregat załączy się ponownie ze 100% wydajnością, czynnik osiągnie wystarczającą prędkość w obydwu przewodach pionowych na zassanie zgromadzonego w syfonie oleju. Przedmiotowa metoda posiada jednak wszystkie wady wymienione powyżej rozwiązań.There is a known method of making double risers when it is not possible to keep the minimum flow rate of the medium in the installation in systems with adjustable capacity (regulation of the medium flow rate by disconnecting successive stages or the compressor rotational speed). When the flow velocity or medium density is too low, the oil collects in the lower siphon, and when it is completely full, the wider pipeline is plugged and the remaining circulating oil in the system along with the refrigerant is sucked in at a much greater speed through the narrower pipeline. When the unit reconnects with 100% capacity, the refrigerant will have sufficient velocity in both riser pipes to suck in the accumulated oil in the siphon. However, the method in question has all the disadvantages of the solutions mentioned above.

Reasumując głównymi wadami przedmiotowych rozwiązań jest ich większa energochłonność, spadek wydajności, większa podatność na usterki związane z pracą na niższych parametrach i problemach z nierównomiernym powrotem oleju do sprężarki.Summing up, the main disadvantages of the solutions in question are their greater energy consumption, reduced efficiency, greater susceptibility to faults related to operation at lower parameters and problems with uneven oil return to the compressor.

Celem wynalazku jest przedstawienie układu bezpośredniego odzyskiwania oleju z pionu instalacji chłodniczej, w której dzięki zastosowaniu rurociągu pomocniczego, oraz systemu zaworów możliwym jest regularny, prosty i bezinwazyjny sposób usuwać zalegający w instalacji olej z redukcją ograniczeń technicznych wymuszonych przez dotychczasowe rozwiązania, co upraszcza budowę samej instalacji, ale przede wszystkim zwiększa jej wydajność jednocześnie zmniejszając energochłonność.The aim of the invention is to present a system for direct oil recovery from the cooling system riser, in which, thanks to the use of an auxiliary pipeline and a valve system, it is possible to remove oil remaining in the system in a regular, simple and non-invasive manner, reducing the technical constraints imposed by the existing solutions, which simplifies the construction of the system itself. , but above all, it increases its efficiency while reducing energy consumption.

Cechą istotną wynalazku układu bezpośredniego odzyskiwania oleju z pionu instalacji chłodniczej jest to, iż układ składający się ze sprężarki, rur o różnej średnicy oraz syfonu gromadzącego nadmiar oleju posiada główny rurociąg wyposażony w zawór odcinający, korzystnie elektromagnetyczny, zaś w dolnej części instalacji, poniżej zaworu, odchodzi rurociąg pomocniczy o średnicy mniejszej niż rurociąg główny.An essential feature of the invention of the direct oil recovery system from the refrigeration system riser is that the system consisting of a compressor, pipes of various diameters and a siphon collecting excess oil has a main pipeline equipped with a cut-off valve, preferably an electromagnetic valve, and in the lower part of the system, below the valve, an auxiliary pipe with a diameter smaller than the main pipe leaves.

PL 231 123 B1PL 231 123 B1

Cechą istotną wynalazku jest to, iż rurociąg pomocniczy korzystnie podłączony jest bezpośrednio do syfonu gromadzącego nadmiar oleju.An essential feature of the invention is that the auxiliary pipeline is preferably connected directly to the siphon collecting excess oil.

Cechą istotną wynalazku jest to, iż rurociąg pomocniczy podłączony jest korzystnie z boku syfonu.An essential feature of the invention is that the auxiliary pipeline is preferably connected to the side of the siphon.

Cechą istotną wynalazku jest to, iż zawór elektromagnetyczny korzystnie jest sterowany modułem sterującym z funkcją przekaźnika czasowego.An essential feature of the invention is that the solenoid valve is preferably controlled by a control unit with a timer function.

Cechą istotną wynalazku jest to, iż w syfonie korzystnie jest umieszczony czujnik poziomu oleju.An essential feature of the invention is that an oil level sensor is preferably placed in the siphon.

Cechą istotną wynalazku jest to, iż rurociąg główny korzystnie jest wyposażony w dodatkowy ręczny zawór bezpieczeństwa bezpośrednio pod zaworem elektromagnetycznym.An essential feature of the invention is that the main pipeline is preferably provided with an additional manual safety valve directly below the solenoid valve.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, iż dzięki zaworowi w rurociągu głównym, rurociągiem pomocniczym o mniejszej średnicy, nadającej czynnikowi chłodzącemu większą prędkość umożliwiającą transport oleju, odprowadzany jest zgromadzony na dnie syfonu olej i wprowadzany jest do obiegu górnego w celu jego odprowadzenia do sprężarki. Cała operacja stosowana okresowo, raz na kilka godzin, lub nawet dni w zależności od potrzeb danego układu, trwa zaledwie kilka sekund lub minut, i w istotny sposób nie zaburza pracy instalacji chłodniczej uniezależniając samą instalację od warunków konstrukcyjnych wymuszonych w stosowanych do dziś metodach. Kolejną zaletą wynalazku jest możliwość montażu agregatów chłodniczych na dużo większych wysokościach niż dotychczas be z obawy o ryzyko powrotu oleju w pionie. Istotną zaletą jest również fakt, iż przy bardzo dużych różnicach wysokości, syfonowanie co kilka metrów wskazanym byłoby do zastosowania jedynie na rurociągu pomocniczym, węższym, natomiast pozostawiając wystarczająco szeroką średnicę głównego rurociągu, bez dodatkowych syfonów, znacząco minimalizowane są straty wydajności chłodniczej sprężarki i co za tym idzie pobieranej przez nią energii elektrycznej.The advantage of the solution according to the invention is that, thanks to the valve in the main pipeline, the auxiliary pipeline with a smaller diameter, which gives the coolant a higher speed for transporting the oil, is discharged from the oil collected at the bottom of the siphon and fed into the upper circuit for discharge to the compressor. The entire operation, used periodically, once every few hours, or even days depending on the needs of a given system, lasts only a few seconds or minutes, and does not significantly disturb the operation of the cooling installation, making the installation itself independent from construction conditions imposed in the methods used today. Another advantage of the invention is the possibility of installing the cooling units at much higher heights than before without fear of the risk of vertical oil return. An important advantage is also the fact that with very large differences in height, siphoning every few meters would be recommended for use only on the auxiliary, narrower pipeline, while leaving a sufficiently wide diameter of the main pipeline, without additional siphons, the losses of the compressor cooling capacity are significantly minimized, and and thus the electricity it consumes.

Porównanie parametrów pracy w obecnych rozwiązaniach z rozwiązaniem według patentu.Comparison of operating parameters in the current solutions with the patented solution.

Założenia porównawcze:Comparative assumptions:

- wysokość instalacji 25 m- installation height 25 m

- minimalna, niezbędnej prędkości dla obiegu czynnika chłodzącego 7 m/s- minimum necessary speed for the circulation of the coolant 7 m / s

- spadek ciśnienia Δρ - 0,3 bar, odpowiada obniżeniu odparowania o ATo = 2K,- pressure drop Δρ - 0.3 bar, corresponds to a reduction of evaporation by ATo = 2K,

- obniżenie odparowania o ATo = 1K, odpowiada obniżeniu wydajności chłodniczej o 4%.- evaporation reduction by ATo = 1K, corresponds to a cooling capacity reduction by 4%.

Wielosyfonowy pionowy układ chłodzenia znany dotychczas:Multi-siphon vertical cooling system known so far:

Dla uzyskania minimalnej prędkości czynnika, koniecznym jest dobranie rurociągu o średnicy 28 mm, przy jednoczesnym podziale rurociągu na odcinek co 3 m różnicy wys. Przy zastosowaniu 8 szt. syfonów olejowych (im więcej syfonów, tym mniej oleju powraca do sprężarki).To obtain the minimum speed of the medium, it is necessary to select a pipeline with a diameter of 28 mm, while dividing the pipeline into a section of 3 m difference in height. When using 8 oil siphons (the more siphons, the less oil returns to the compressor).

Całkowity spadek ciśnienia na przewodach prostych oraz syfonach - Ap ~0,9 bar.The total pressure drop on straight lines and siphons - Ap ~ 0.9 bar.

Ap ~0,9 bar ATo = 6K obniżenie wydajności chłodniczej o ~24%.Ap ~ 0.9 bar ATo = 6K reduction of cooling capacity by ~ 24%.

Pionowy układ chłodzenia według patentu:Vertical cooling system according to the patent:

Ponieważ w proponowanym rozwiązaniu (według patentu) nie ma konieczności zachowania minimalnej prędkości przepływu w rurociągu głównym (1) dlatego można zastosować optymalną średnicę pod kątem oporu przepływu np. 35 mm. Natomiast średnica 18 mm dla rurociągu pomocniczego (2) pozwoli zachować odpowiednio dużą prędkość czynnika (do ~26 m/s), przy zamkniętym rurociągu głównym umożliwiającą wypompowanie oleju zaległego w syfonie. Dla pewności można rurociąg pomocniczy (2) wyposażyć na przykład w 3 syfony co 8 m, aczkolwiek w zależności od układu nie zawsze jest to jednak konieczne. W rurociągu głównym nie ma potrzeby instalować dodatkowych syfonów.As in the proposed solution (according to the patent) there is no need to keep the minimum flow velocity in the main pipeline (1), therefore the optimal diameter can be used in terms of the flow resistance, e.g. 35 mm. On the other hand, the diameter of 18 mm for the auxiliary pipeline (2) will allow to maintain a sufficiently high speed of the medium (up to ~ 26 m / s), and with the main pipeline closed, it will allow the oil remaining in the siphon to be pumped out. To be sure, the auxiliary pipeline (2) can be equipped with, for example, 3 siphons every 8 m, although it is not always necessary depending on the system. There is no need to install additional siphons in the main pipe.

Całkowity spadek ciśnienia na przewodach prostych oraz syfonach - Ap ~0,125 bar Ap ~0,125 bar ATo = 0,85K obniżenie wydajności chłodniczej o ~3,4%.Total pressure drop on straight pipes and siphons - Ap ~ 0.125 bar Ap ~ 0.125 bar ATo = 0.85K reduction of cooling capacity by ~ 3.4%.

Wynalazek przedstawiono w przykładzie wykonania na fig. 1, na którym widać rurociąg główny (1), rurociąg pomocniczy (2), odcinający zawór elektromagnetyczny (3), moduł sterujący (4), oraz syfon (5), połączony z rurociągiem pomocniczym (2). Na fig. 2 przedstawiono w widoku z boku połączenie rurociągu pomocniczego (2) z syfonem (5). Na fig. 3 i fig. 4 przedstawiono zasady funkcjonowania wynalazku kolejno z otwartym zaworem elektromagnetycznym (3) - fig. 3, i zamkniętym zaworem elektromagnetycznym (3) - fig. 4, ze wskazaniem kierunku przepływu czynnika chłodzącego (6), wraz z olejem (7).The invention is shown in the embodiment in Fig. 1, which shows the main pipeline (1), the auxiliary pipeline (2), the shut-off solenoid valve (3), the control module (4), and the siphon (5) connected to the auxiliary pipeline (2). ). Fig. 2 shows a side view of the connection of the auxiliary pipeline (2) to the siphon (5). Fig. 3 and Fig. 4 show the principles of operation of the invention sequentially with an open solenoid valve (3) - Fig. 3, and a closed solenoid valve (3) - Fig. 4, with an indication of the flow direction of the cooling medium (6), together with the oil. (7).

Na zaprezentowanych ilustracjach przedstawiono pionowy układ chłodzenia, w którym rurociąg główny (1) został połączony w części dolnej, w syfonie (5) z rurociągiem pomocniczym (2) o mniejszej średnicy od rurociągu głównego (1). Rurociąg główny (1) posiada zawór elektromagnetyczny (3) kon4The presented pictures show a vertical cooling system in which the main pipeline (1) is connected in the lower part, in the siphon (5) with an auxiliary pipeline (2) with a smaller diameter than the main pipeline (1). The main pipeline (1) has a solenoid valve (3) kon4

PL 231 123 B1 trolowany modułem sterującym (4) po którego zamknięciu następuje przekierowanie obiegu do rurociągu pomocniczego (2), w którym ciśnienie zwiększone z uwagi na mniejszą średnicę rurociągu pomocniczego (2) umożliwia wypompowanie do górnej części rurociągu głównego (1) gęstszego od czynnika chłodzącego (6) oleju (7). Zawór (3) rurociągu głównego (1) powinien być regularnie zamykany na krótkie okresy czasu, np. kilku sekundowe lub minutowe, uzależnione od potrzeb danego układu w celu wypompowania zalegającego oleju (7), a następnie otwierany w celu przywrócenia obiegu w rurociągu głównym (1).The control module (4) is controlled by the control module, after which the circulation is redirected to the auxiliary pipeline (2), where the pressure increased due to the smaller diameter of the auxiliary pipeline (2) enables pumping to the upper part of the main pipeline (1), which is denser than the medium the cooling oil (6) (7). The valve (3) of the main line (1) should be regularly closed for short periods of time, e.g. a few seconds or minutes, depending on the needs of the system in order to pump out the residual oil (7), and then open to restore circulation in the main line ( 1).

Claims

Patent claims

1. System of direct oil recovery from the cooling installation riser, which includes a compressor, pipes of various diameters (1) (2), and a siphon (5) collecting excess oil (7), characterized in that the main pipeline (1) is equipped with into a shut-off valve (3), preferably electromagnetic, and in the lower part of the installation, downstream of the valve (3), an auxiliary pipeline (2) with a diameter correspondingly smaller than the main pipeline (2) leaves.

2. The direct oil recovery system according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that the auxiliary pipeline (2) is connected directly to the siphon (5).

3. The direct oil recovery system according to claim 1, The method of claim 1 or 2, characterized in that the auxiliary pipe (2) is connected to the side of the siphon (5).

4. The direct oil recovery system according to claim 1, 3. A method as claimed in claim 1 or 2 or 3, characterized in that the solenoid valve (3) has a control unit (4) with a timer function.

5. The direct oil recovery system according to claim 1. An oil level sensor is provided in the siphon (5) as claimed in claim 1 or 2 or 3.

6. The direct oil recovery system according to claim 6 A manual shut-off valve as claimed in claim 1 or 2 or 3, characterized in that a manual shut-off valve is located directly below the solenoid valve (3).