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J
DIM360 (Ver 1.5 21 Nov 2005) - 1100000/0
1550832
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A1
20050706
EP
04028680.9
20041203
de
de
de
10357556
20031210
DE
20050706
200527
20050706
200527
7
7F 25B 31/00 A
7F 25B 1/10 B
7F 04B 39/02 B
de
Verbund(kälte)anlage und Verfahren zum Betreiben einer Verbund(kälte)anlage
en
A (compound) refrigeration system and method for operating the (compound) refrigeration system
fr
Système frigorifique (de type complexe) et procédé d'utilisation d'un système frigorifique (de type complexe)
1
Linde Kältetechnik GmbH & Co.KG
04677140
P03191-EP/KKT
Sürther Hauptstrasse 173
50999 Köln
DE
Cellar, Michael
Weisser Hauptstrasse 110
50999 Köln
DE
Zahn, Christoph
00079304
Linde Aktiengesellschaft Zentrale Patentabteilung
82049 Höllriegelskreuth
DE
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Es werden eine Verbund(kälte)anlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Verbund(kälte)anlage beschrieben.
Diese erlauben es, einen betriebssicheren Ölausgleich zwischen den, auf zwei oder mehr Ebenen (E1, E2) angeordneten Verdichtern (V1, V2, ....) einer Verbund(kälte)anlage durchzuführen, wobei auf das Vorsehen herkömmlicher Ölspiegellreguliersysteme verzichtet werden kann.
Die Erfindung betrifft eine Verbund(kälte)anlage, aufweisend mehrere, auf zwei oder mehr Ebenen angeordnete Verdichter, wobei die auf einer Ebene angeordneten Verdichter jeweils über eine Ölausgleichsleitung miteinander verbunden sind.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Verbund(kälte)anlage.
Unter dem nachfolgend verwendeten Begriff "Behälter" seien neben herkömmlichen Behältern auch geeignete Aufnahme- bzw. (Zwischen)Speichervorrichtungen, wie beispielsweise Rohrstücke, die für die Aufnahme bzw. (Zwischen)Speicherung von Flüssigkeitsmengen geeignet sind, zu verstehen.
Unter dem Begriff "Verbund(kälte)anlage" sei eine wie im folgenden beschriebene Verbundkälteanlage sowie Verbundanlagen, die der Verdichtung beliebiger Medien für andere Zwecke dienen, zu verstehen.
Bei Verbund(kälte)anlagen der gattungsgemäßen Art stellt die betriebssichere Ölversorgung der Verdichter, die in einem gemeinsamen Kältemittel- bzw. Kältemittelgemisch-Kreislauf arbeiten, oftmals ein Problem dar. Zur Gewährleistung einer betriebssicheren Ölversorgung werden bisher unterschiedliche Ölstandsreguliersysteme, wie beispielsweise Ölspiegelregulatoren, verwendet. Diese unterliegen jedoch einem Verschleiß und erfordern bei anderen Systemen Einstellarbeiten am Ölsystem während der Inbetriebnahme.
Aus den deutschen Patentanmeldungen 198 23 524 und 198 23 525 sind Verfahren zum Ölausgleich zwischen Verdichtern, die auf einer Ebene angeordnet sind, bekannt. Problematisch wird ein Ölausgleich zwischen mehreren Verdichtem immer dann, wenn die Verdichter auf zwei oder mehreren Ebenen angeordnet sind. Eine Anordnung mehrerer Verdichter auf zwei oder mehr Ebenen ist insbesondere dann von Vorteil oder gar erforderlich, wenn eine große Anzahl von Verdichtern auf einer vergleichsweise kleinen Aufstellfläche untergebracht werden muss. Dies ist beispielsweise in engen Maschinenräumen oder bei einer Außenaufstellung, also dann, wenn die Verdichter in einem Gehäuse - gegebenenfalls zusammen mit dem oder den Verflüssigern - angeordnet sind, der Fall.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Verbund(kälte)anlage sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer derartigen Verbund(kälte)anlage anzugeben, bei der bzw. bei dem auf die Verwendung verschleißbehafteter und störungsanfälliger Ölspiegelreguliersysteme verzichtet, die Schmierölversorgung aller Verdichter zuverlässiger gestaltet und die Herstellkosten gesenkt werden können.
Die erfindungsgemäße Verbund(kälte)anlage zeichnet sich dadurch aus, dass
- a) pro Ebene wenigstens ein Behälter vorgesehen ist,
- b) die Behälter derart dimensioniert sind, dass sie wenigstens die pro Ebene erforderliche Mindestölmenge aufnehmen können,
- c) die Behälter jeweils mit der Ölausgleichsleitung ihrer Ebene verbunden sind,
- d) wobei der Behälter der untersten Ebene mit der zugehörigen Ölausgleichsleitung absperrbar verbunden ist,
- e) der Behälter der untersten Ebene über eine Druckleitung mit der Druckseite der Verbund(kälte)anlage absperrbar verbunden ist, und
- f) die Behälter über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind,
- g) wobei die Verbindungsleitung an dem Behälter der oberen Ebene derart angeordnet ist, dass der Behälter nur bis zu dem in der oberen Ebene gewünschten Ölstand entleert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Verbund(kälte)anlage zeichnet sich dadurch aus, dass
- a') zu Beginn eines Ölausgleiches zwischen den Verdichtern alle Verdichter abgeschaltet werden und die zwischen der Ölausgleichsleitung und dem Behälter der unteren Ebene angeordnete Absperrvorrichtung, sofern sie geschlossen ist, geöffnet wird,
- b') die Verdichter so lange abgeschaltet bleiben, bis zwischen den Verdichtem jeder Ebene und über die Verbindungsleitung zwischen den Ebenen ein Ölausgleich erfolgt ist,
- c') nach Abschluss des Ölausgleiches die zwischen der Ölausgleichsleitung und dem Behälter der unteren Ebene angeordnete Absperrvorrichtung geschlossen wird,
- d') ein oder mehrere Verdichter der unteren Ebene in Betrieb genommen werden,
- e') die in der Druckleitung angeordnete Absperrvorrichtung geöffnet wird,
- f) wobei die Absperrvorrichtung so lange geöffnet bleibt, bis ein ggf. erforderlicher Ölausgleich zwischen den Behältern erfolgt ist, und
- g') nach erfolgtem Ölausgleich die zwischen der Ölausgleichsleitung und dem Behälter der unteren Ebene angeordnete Absperrvorrichtung geöffnet wird.
Die erfindungsgemäße Verbund(kälte)anlage, das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Verbund(kälte)anlage sowie weitere Ausgestaltungen der- bzw. desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Figur dargestellt sind zwei Verdichterebenen E1 und E2, die nachfolgend nurmehr als "Ebenen" bezeichnet werden. In jeder der beiden Ebenen E1 und E2 sind drei Verdichter V1, V2 und V3 (Ebene E1) bzw. V4, V5 und V6 (Ebene E2) angeordnet.
Prinzipiell können die Verdichter einer Verbund(kälte)anlage auch in drei, vier oder mehr Ebenen angeordnet werden. Darüber hinaus kann pro Ebene im Prinzip eine beliebige Anzahl von Verdichtern vorgesehen werden. Auch können auf den einzelnen Ebenen unterschiedliche Verdichter verwendet werden, nur sollten sie - wenn möglich - von der gleichen Bauart sein.
Pro Ebene E1 bzw. E2 ist nunmehr erfindungsgemäß wenigstens ein Behälter B1 bzw. B2 vorgesehen. Diese Behälter B1 und B2 sind derart dimensioniert, dass sie wenigstens die pro Ebene E1 bzw. E2 erforderliche Mindestölfüllmenge aufzunehmen vermögen. Die Behälter B1 und B2 sind über die jeweiligen Ölausgleichsleitungen 1 (und Leitungsabschnitt 3) bzw. 2 mit den ihnen zugeordneten Verdichtern V1 bis V3 bzw. V4 bis V6 ihrer Ebene verbunden.
Hierbei verlaufen die Leitungen 1 und 2 vorzugsweise mittig zu den Schaugläsern der VerdichterV1, V2 und V3 bzw. V4, V5 und V6. Auch die Behälter B1 und B2 sind in vorteilhafter Weise mittig zwischen den Verdichtern V1, V2 und V3 bzw. V4, V5 und V6 ihrer Ebene E1 bzw. E2 angeordnet. Der Einstich der Leitungen 3 und 2 in die Behälter B1 und B2 erfolgt vorzugsweise mittig zu den Schaugläsern der Verdichter V1, V2 und V3 bzw. V4, V5 und V6. Dadurch wird gewährleistet, dass der Ölstand in den Behältern B1 bzw. B2 annähernd gleich dem in den Verdichtern V1, V2 und V3 bzw. V4, V5 und V6 herrschenden Ölständen ist.
Erfindungsgemäß ist zwischen der Ölausgleichsleitung 1 der untersten Ebene E1 und dem dieser Ebene E1 zugeordneten Sammelbehälter B1 eine Absperrvorrichtung a vorzusehen; diese wird im Regelfall als ein Absperrventil, vorzugsweise als ein Magnetventil, ausgebildet sein.
Ferner ist der Behälter B1 der untersten Ebene E1 über eine Druckleitung 4 mit der Druckseite der Verbund(kälte)anlage absperrbar - im Regelfall realisiert durch eine Absperrvorrichtung b - verbunden.
Die beiden Behälter B1 und B2 wiederum sind über eine Verbindungsleitung 5 miteinander verbunden. Auch die Verbindungsleitung 5 kann absperrbar ausgebildet sein; in der Figur nicht gezeigt.
Sind mehr als zwei Ebenen und damit mehr als zwei Behälter vorgesehen, so ist es ausreichend, wenn der Behälter einer Ebene mit dem Behälter der jeweils darunter sowie dem Behälter der jeweils darüber liegenden Ebene verbunden ist.
Die Verbindungsleitung 5 ist hierbei an dem Behälter B2 der oberen Ebene E2 derart anzuordnen, dass der Behälter B2 während des Ölausgleiches nur bis zu dem in der oberen Ebene E2 gewünschten Ölstand entleert wird.
Die erfindungsgemäße Verbund(kälte)anlage weiterbildend wird vorgeschlagen, dass zumindest einer der Behälter über eine Saugleitung mit der Saugseite der Verbund(kälte)anlage absperrbar verbunden ist. Die Saugleitung(en) muss bzw. müssen absperrbar sein, da sich während des Betriebes unterschiedliche Drucklagen in den Verdichtergehäusen und der Saugleitung einstellen können.
Bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform sind beide Behälter B1 und B2 über Saugleitungen 6 bzw. 7, in denen jeweils eine Absperrvorrichtung c bzw. d angeordnet ist, verbunden. Das Verbinden der Behälter B1 und/oder B2 über Saugleitungen 6 bzw. 7 mit der Saugseite der Verbund(kälte)anlage dient dem Zweck, den bzw. die Behälter B1 und B2 entgasen zu können. Dies kann erforderlich werden, wenn die erfindungsgemäße Verbund(kälte)anlage beispielsweise bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben wird und es zu einem Ausdampfen des Kältemittel(gemische)s aus dem Öl kommt. Dieses ausgedampfte Kältemittel(gemisch) kann dann über die Saugleitungen 6 bzw. 7 auf die Saugseite abgeleitet werden, wodurch ein problemloser Ölausgleich zwischen den Verdichtem und einzelnen Ebenen gewährleistet werden kann. Es hat sich gezeigt, dass bei normalen Raumtemperaturen dieses Entgasen im Regelfall nicht erforderlich ist.
In vorteilhafter Weise ist, die erfindungsgemäße Verbund(kälte)anlage weiterbildend, den Verdichters V1, V2 und V3 bzw. V4, V5 und V6 einer Ebene jeweils ein Ölspiegellreguliersystem zugeordnet. Dabei können grundsätzlich alle zum Stand der Technik zählenden Ölspiegellreguliersysteme zur Anwendung kommen.
Bei der erfindungsgemäßen Verbund(kälte)anlage bzw. der Realisierung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann auf das Vorsehen herkömmlicher Ölspiegellreguliersysteme verzichtet werden. U. U. mag es jedoch Anwendungsfälle geben, bei denen derartige Ölspiegellreguliersysteme weiterhin zur Anwendung kommen.
Soll nun zwischen den Verdichtern V1, V2,..... der beiden Ebenen E1 und E2 ein Ölausgleich durchgeführt werden, so sind zunächst alle Verdichter V1, V2,..... abzuschalten und die zwischen der Ölausgleichsleitung 1 und dem Behälter B1 der unteren Ebene E1 angeordnete Absperrvorrichtung a, sofern diese während des Normalbetriebes geschlossen war, zu öffnen. Dadurch kann ein Ölausgleich zwischen den einzelnen Verdichtem V1, V2, .... jeder Ebene untereinander sowie ein Ölausgleich zwischen den Behältern B1 und B2 über die sie verbindende Leitung 5 erfolgen.
Sofern auf der oberen Ebene E2 zuviel Öl vorhanden ist, gelangt dieses über die zwischen den Behältern E1 und E2 angeordnete Verbindungsleitung 5 von der oberen zu der unteren Ebene E1 und damit - da die Absperrvorrichtung a geöffnet ist - über den Leitungsabschnitt 3 zu den Verdichtem V1, V2 und V3. Um zu verhindern, dass die Verdichter V4, V5 und V6 der oberen Ebene E2 nunmehr leerlaufen, muss - wie bereits erwähnt - die Verbindungsleitung 5 an dem Behälter B2 der oberen Ebene E2 derart angeordnet sein, dass der Behälter B2 nur bis zu dem in der oberen Ebene E2 gewünschten (Minimal)Ölstand entleert werden kann. Sofern die die Behälter B1 und B2 verbindende Leitung 5 absperrbar ausgebildet ist, muss diese während des vorbeschriebenen Verfahrensschrittes geöffnet sein.
Nach Abschluss des vorbeschriebenen Ölausgleiches wird die zwischen der Ölausgleichsleitung 1 und dem Behälter B1 der unteren Ebene E1 angeordnete Absperrvorrichtung a wieder geschlossen; anschließend werden ein oder mehrere Verdichter V1, V2 und/oder V3 der unteren Ebene E1 in Betrieb genommen.
Zeitgleich oder mit einer zeitlichen Verzögerung können auch ein oder mehrere Verdichter V4, V5 und/oder V6 der oberen Ebene E2 in Betrieb genommen werden.
Durch das Inbetriebnehmen eines oder mehrerer Verdichter V1, V2 und/oder V3 der unteren Ebene E1 kommt es innerhalb der Verbund(kälte)anlage wiederum zu einem Druckaufbau, so dass nach dem Öffnen der in der Druckleitung 4 angeordneten Absperrvorrichtung b das über die Druckleitung 4 in dem Behälter B1 strömende, unter Druck stehende Gas Öl aus dem unteren Behälter E1 über die Verbindungsleitung 5 in den oberen Behälter B2 drückt. Mittels dieses Verfahrensschrittes wird gewährleistet, dass ein ggf. auf der oberen Ebene E2 vorhandener Ölmangel ausgeglichen werden kann.
Die in der Druckleitung 4 angeordnete Absperrvorrichtung b bleibt nunmehr so lange geöffnet, bis der ggf. erforderliche Ölausgleich zwischen den Behältern B1 und B2 bzw. den Ebenen E1 und E2 und den Verdichtem V4, V5 und V6 erfolgt ist.
Während der vorbeschriebenen Ölausgleichsphase bleiben die Verdichter V4, V5 und V6 der oberen Ebene E2 vorzugsweise noch abgeschaltet, so dass (auch) zwischen ihnen ein ausreichender Ölausgleich stattfinden kann. Sofern in der oberen Ebene E2 zuviel Öl vorhanden ist, gelangt dieses über die Verbindungsleitung 5 wiederum in den unteren Behälter B1 bzw. auf die untere Ebene E1.
Da während des vorbeschriebenen Verfahrensschrittes zumindest ein oder mehrere Verdichter V1, V2 und/oder V3 der unteren Ebene E1 betrieben werden, steht zumindest ein Teil der mittels der Verbund(kälte)anlage zu erbringenden Kälteleistung wieder zur Verfügung.
Nach erfolgtem Ölausgleich wird nunmehr die zwischen Ölausgleichsleitung 1 und dem Behälter B1 der unteren Ebene E1 angeordnete Absperrvorrichtung a wieder geöffnet und es werden - sofern dies nicht zwischenzeitlich bereits geschehen ist - die noch ausgeschalteten Verdichter V4, V5 und/oder V6 der oberen Ebene E2 in Betrieb genommen.
Die vorbeschriebene, erfindungsgemäße Verfahrensweise wird immer dann realisiert, wenn durch entsprechende Maßnahmen in wenigstens einem der Verdichter V1, V2, ... ein Ölmangel erkannt wird. Hierbei kann die Überwachung der Ölstände in den Verdichtem manuell und/oder automatisch erfolgen. Ebenso kann auch das Einleiten einer Ölausgleichsphase manuell und/oder automatisch durchgeführt werden. Zudem wird im Regelfall in bestimmten, einstellbaren Zeitabständen zwangsweise ein Ölausgleich eingeleitet.
Die Betriebszeiten der Verdichter V1, V2, .... bis zu ihrem Abschalten sind hierbei so zu wählen, dass der minimal zulässige Ölstand innerhalb der Verdichter aufgrund der zwangsläufig während des Verdichterbetriebes auftretenden Ölverlagerung noch nicht unterschritten wird. Die Stillstandsphasen der Verdichter müssen zeitlich so bemessen sein, dass ein ausreichender Ölausgleich zwischen den Verdichtern gewährleistet werden kann und eine wesentliche Beeinträchtigung der Kälteversorgung durch die Verdichter der erfindungsgemäßen Verbund(kälte)anlage vermieden wird.
Die erfindungsgemäße Verbund(kälte)anlage sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Verbund(kälte)anlage schaffen gegenüber dem Stand der Technik wesentliche Verbesserungen, da auf verschleißbehaftete und störungsanfällige Ölspiegelreguliersysteme verzichtet werden kann. Dadurch werden die Herstellkosten erfindungsgemäßer Verbund(kälte)anlagen gesenkt und gleichzeitig wird eine zuverlässige Schmierölversorgung aller Verdichter der erfindungsgemäßen Verbund(kälte)anlage gewährleistet.
1. Verbund(kälte)anlage, aufweisend mehrere, auf zwei oder mehr Ebenen angeordnete Verdichter, wobei die auf einer Ebene angeordneten Verdichter jeweils über eine Ölausgleichsleitung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass
a) pro Ebene (E1, E2) wenigstens ein Behälter (B1, B2) vorgesehen ist,
b) die Behälter (B1, B2) derart dimensioniert sind, dass sie wenigstens die pro Ebene (E1, E2) erforderliche Mindestölmenge aufnehmen können,
c) die Behälter (B1, B2) jeweils mit der Ölausgleichsleitung (1, 2) ihrer Ebene (E1, E2) verbunden sind,
d) wobei der Behälter (B1) der untersten Ebene (E1) mit der zugehörigen Ölausgleichsleitung (1) absperrbar (a) verbunden ist,
e) der Behälter (B1) der untersten Ebene (E1) über eine Druckleitung (4) mit der Druckseite der Verbund(kälte)anlage absperrbar (b) verbunden ist, und
f) die Behälter (B1, B2) über eine Verbindungsleitung (5) miteinander verbunden sind,
g) wobei die Verbindungsleitung (5) an dem Behälter (B2) der oberen Ebene (E2) derart angeordnet ist, dass der Behälter (B2) nur bis zu dem in der oberen Ebene (E2) gewünschten Ölstand entleert wird.
2. Verbund(kälte)anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Behälter (B1, B2) über eine Saugleitung (6, 7) mit der Saugseite der Verbund(kälte)anlage absperrbar (c, d) verbunden ist.
3. Verbund(kälte)anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Verdichtem (V1, V2, ...) einer Ebene (E1, E2) jeweils ein Ölspiegelreguliersystem zugeordnet ist.
4. Verbund(kälte)anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter (B1, B2) absperrbar miteinander verbunden sind.
5. Verfahren zum Betreiben einer Verbund(kälte)anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
a') zu Beginn eines Ölausgleiches zwischen den Verdichtern (V1, V2, ...) alle Verdichter (V1, V2, ...) abgeschaltet werden und die zwischen der Ölausgleichsleitung (1) und dem Behälter (B1) der unteren Ebene (E1) angeordnete Absperrvorrichtung (a), sofern sie geschlossen ist, geöffnet wird,
b') die Verdichter (V1, V2, ...) so lange abgeschaltet bleiben, bis zwischen den Verdichtern (V1, V2, ...) jeder Ebene (E1, E2) und über die Verbindungsleitung (5) zwischen den Ebenen (E1, E2) ein Ölausgleich erfolgt ist,
c') nach Abschluss des Ölausgleiches die zwischen der Ölausgleichsleitung (1) und dem Behälter (B1) der unteren Ebene (E1) angeordnete Absperrvorrichtung (a) geschlossen wird,
d') ein oder mehrere Verdichter (V1, V2, V3) der unteren Ebene (E1) in Betrieb genommen werden,
e') die in der Druckleitung (4) angeordnete Absperrvorrichtung (b) geöffnet wird,
f) wobei die Absperrvorrichtung (b) so lange geöffnet bleibt, bis ein ggf. erforderlicher Ölausgleich zwischen den Behältem (B1, B2) erfolgt ist, und
g') nach erfolgtem Ölausgleich die zwischen der Ölausgleichsleitung (1) und dem Behälter (B1) der unteren Ebene (E1) angeordnete Absperrvorrichtung (a) geöffnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit oder nach der Inbetriebnahme eines oder mehrerer der Verdichter (V1, V2, V3) der unteren Ebene (E1) ein oder mehrere Verdichter (V4, V5, V6) der oberen Ebene (E2) in Betrieb genommen werden.