PL231123B1 - Układ bezpośredniego odzyskiwania oleju - Google Patents

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).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ bezpośredniego odzyskiwania oleju w pionie instalacji chłodniczej.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

PL 231 123 B1

Cechą istotną wynalazku jest to, iż rurociąg pomocniczy korzystnie podłączony jest bezpośrednio do syfonu gromadzącego nadmiar oleju.

Cechą istotną wynalazku jest to, iż rurociąg pomocniczy podłączony jest korzystnie z boku syfonu.

Cechą istotną wynalazku jest to, iż zawór elektromagnetyczny korzystnie jest sterowany modułem sterującym z funkcją przekaźnika czasowego.

Cechą istotną wynalazku jest to, iż w syfonie korzystnie jest umieszczony czujnik poziomu oleju.

Cechą istotną wynalazku jest to, iż rurociąg główny korzystnie jest wyposażony w dodatkowy ręczny zawór bezpieczeństwa bezpośrednio pod zaworem elektromagnetycznym.

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.

Porównanie parametrów pracy w obecnych rozwiązaniach z rozwiązaniem według patentu.

Założenia porównawcze:

- wysokość instalacji 25 m

- minimalna, niezbędnej prędkości dla obiegu czynnika chłodzącego 7 m/s

- spadek ciśnienia Δρ - 0,3 bar, odpowiada obniżeniu odparowania o ATo = 2K,

- obniżenie odparowania o ATo = 1K, odpowiada obniżeniu wydajności chłodniczej o 4%.

Wielosyfonowy pionowy układ chłodzenia znany dotychczas:

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).

Całkowity spadek ciśnienia na przewodach prostych oraz syfonach - Ap ~0,9 bar.

Ap ~0,9 bar ATo = 6K obniżenie wydajności chłodniczej o ~24%.

Pionowy układ chłodzenia według patentu:

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.

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%.

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).

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) 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).

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ bezpośredniego odzyskiwania oleju z pionu instalacji chłodniczej w którego skład wchodzi sprężarka, rury o różnej średnicy (1) (2), oraz syfon (5) gromadzący nadmiar oleju (7), znamienny tym, że główny rurociąg (1) wyposażony jest w zawór odcinający (3), korzystnie elektromagnetyczny, zaś w dolnej części instalacji, poniżej zaworu (3), odchodzi rurociąg pomocniczy (2) o średnicy odpowiednio mniejszej niż rurociąg główny (2).
2. 2. Układ bezpośredniego odzyskiwania oleju według zastrz. 1, znamienny tym, że rurociąg pomocniczy (2) jest połączony bezpośrednio do syfonu (5).
3. 3. Układ bezpośredniego odzyskiwania oleju według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że rurociąg pomocniczy (2) jest połączony z boku syfonu (5).
4. 4. Układ bezpośredniego odzyskiwania oleju według zastrz. 1 lub 2, lub 3, znamienny tym, że zawór elektromagnetyczny (3) posiada moduł sterujący (4) z funkcją przekaźnika czasowego.
5. 5. Układ bezpośredniego odzyskiwania oleju według zastrz. 1 lub 2, lub 3, znamienny tym, że w syfonie (5) jest umieszczony czujnik poziomu oleju.
6. 6. Układ bezpośredniego odzyskiwania oleju według zastrz. 1 lub 2 lub 3, znamienny tym, że bezpośrednio pod zaworem elektromagnetycznym (3) jest umieszczony ręczny zawór odcinający.