DE102006001276A1 - Cooling circuit, has storage container staying in effective-connection with gas seal, such that impact of seal with medium is realized, where container has supply unit for supplying heat and/or mechanical energy - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Kältekreislauf, aufweisend einen wenigstens eine Gasdichtung aufweisenden Verdichter, wobei die Gasdichtung(en) mit dem in dem Kältekreislauf zirkulierenden Medium beaufschlagt wird bzw. werden.The The invention relates to a refrigeration cycle comprising a compressor having at least one gas seal, wherein the gas seal (s) with the circulating in the refrigeration circuit Medium is applied or become.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes.Further The invention relates to a method for operating a refrigeration cycle.
Unter dem Begriff "Kältekreislauf" sei nachfolgend jede Art von Kältekreislauf zu verstehen, in dem ein ein- oder mehrkomponentiges Medium bzw. Kältemittel, das mittels eines oder mehrerer, ein- oder mehrstufiger Verdichter komprimiert wird, zirkuliert. Bestimmte Verdichtertypen, wie beispielsweise Einwellen- oder Getriebeturboverdichter, weisen sog. Gasdichtungen auf. Diese Gasdichtungen müssen in Abhängigkeit von der gewählten Bauart mit einem oder mehreren Gasen beaufschlagt werden. Hierzu kann entweder von der Druckseite des Verdichters ein Teilstrom des zu verdichtenden Mediums herangezogen werden oder es wird eine Bereitstellung eines "Fremdgases", wie beispielsweise Stickstoff, aus einer zusätzlichen Gasquelle realisiert.Under the term "refrigeration cycle" is below every kind of refrigeration cycle in which a one- or multi-component medium or refrigerant, by means of one or more, single or multi-stage compressors is compressed, circulates. Certain compressor types, such as Single-shaft or Getriebeturboverdichter, have so-called. Gas seals on. These gas seals need dependent on from the chosen one Design be applied with one or more gases. For this purpose can either from the pressure side of the compressor to a partial flow of or it becomes a supply a "foreign gas", such as Nitrogen, from an additional Gas source realized.
Aufgrund der Bauart und Eigenschaften der üblicherweise verwendeten Verdichter-Gasdichtungen werden an die für die Beaufschlagung verwendeten Gase besondere Anforderungen gestellt; diese sind:
- – keine Verunreinigungen
- – keine Kondensation
- – positive Druckdifferenz gegenüber dem zu verdichtenden Medium, da Druckabfall über die inneren Labyrinthe
- – hohe Verfügbarkeit, insbesondere auch bei Stillstand des zu beaufschlagenden Verdichters
- - no impurities
- - no condensation
- - Positive pressure difference compared to the medium to be compressed, since pressure drop across the inner labyrinths
- - High availability, especially at standstill of the compressor to be acted
Insbesondere bei geschlossenen Kältekreisläufen ist eine Verunreinigung des Kältemittels durch das für die Beaufschlagung der Verdichter-Gasdichtungen verwendete Gas zu vermeiden. Dies kann am einfachsten dadurch realisiert werden, dass für die Beaufschlagung dem Verdichter druckseitig entnommenes Prozessgas herangezogen wird. Allerdings steht dieses Gas lediglich während des Verdichterbetriebes mit der notwendigen Druckdifferenz zur Verfügung, nicht jedoch bei Verdichterstillstand und während der Verdichter-Anfahrprozedur. Daher ist es bisher erforderlich, für die Anfahrprozedur sowie die Stillstandszeiten wenigstens eine Ersatzquelle für das für die Beaufschlagung der Verdichter-Gasdichtungen erforderliche Gas bereitzustellen. Selbstverständlich müssen auch für aus derartigen Ersatzquellen stammende Gase die oben aufgeführten Kriterien erfüllt sein.Especially with closed refrigeration cycles a contamination of the refrigerant through that for the pressurization of the compressor gas seals used gas too avoid. This can be most easily realized by that for the admission the process gas taken from the compressor on the pressure side is used. However, this gas is only during compressor operation with the necessary pressure difference available, but not at compressor standstill and while the compressor startup procedure. Therefore, it has hitherto been necessary for the Start-up procedure and the downtime at least one spare source for the for the Supplying gas required to the compressor gas seals. Of course have to also for Gases derived from such replacement sources meet the criteria listed above.
Des Weiteren kann es erforderlich sein, Erhitzer und/oder wenigstens einen zusätzlichen Verdichter für das extern bereitzustellende Gas vorzusehen. Nichtsdestotrotz bleibt auch bei dieser Verfahrensführung das Problem der Verunreinigung des in dem Kältekreislauf zirkulierenden Mediums durch das mittels der Ersatzquelle bereitgestellten Gases ungelöst, es sei denn, der ggf. zusätzlich erforderliche Verdichter würde ebenfalls das gleiche Medium, wie es im Kältekreislauf zirkuliert, verdichten.Of Further, it may be necessary to use heaters and / or at least An additional Compressor for to provide the gas to be provided externally. Nonetheless, it remains also in this procedure the problem of contamination of the circulating in the refrigeration circuit Medium unsolved by the gas provided by the replacement source, it was because, if necessary in addition required compressor would also the same medium as it circulates in the refrigeration cycle, compress.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Kältekreislauf sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes anzugeben, der bzw. das die vorgenannten Probleme vermeidet. Insbesondere soll eine sichere Beaufschlagung der Gasdichtungen des Verdichters des Kältekreislaufes auch während dessen Anfahrprozedur sowie während der Stillstandszeiten gewährleistet werden.task The present invention is a generic refrigeration cycle and a generic method for operating a refrigeration cycle indicate that avoids the aforementioned problems. Especially should be a safe admission of the gas seals of the compressor of the refrigeration cycle even while its start-up procedure and during ensures downtimes become.
Der erfindungsgemäße Kältekreislauf zeichnet sich dadurch aus, dass dem Kältekreislauf wenigstens ein absperrbarer Speicherbehälter für das in dem Kältekreislauf zirkulierende Medium zugeordnet ist, der Speicherbehälter mit der oder den Gasdichtungen derart in Wirkverbindung steht, dass eine Beaufschlagung der Gasdichtung(en) mit dem in dem Speicherbehälter befindlichen Medium realisierbar ist und der Speicherbehälter Mittel zum Zuführen von Wärme und/oder mechanischer Energie aufweist.Of the Refrigeration circuit according to the invention is characterized in that the refrigeration cycle at least one Lockable storage tank for the in the refrigeration cycle associated with circulating medium, the storage container with the gas seal or the gas seals is in operative connection, that a loading of the gas seal (s) with the located in the storage container Medium is feasible and the storage container means for supplying heat and / or having mechanical energy.
Hierbei dienen die Mittel zum Zuführen von Wärme und/oder mechanischer Energie dazu, die Temperatur und/oder den Druck des in dem Speicherbehälter befindlichen Mediums derart einzustellen, dass die Temperatur und/oder der Druck der Temperatur bzw. dem Druck des Mediums im übrigen Kältekreislaufsystem derart vorauseilt, dass die geforderte Druckdifferenz und die Anforderungen an das Kondensationsverhalten erfüllt werden können.in this connection serve the means for feeding of heat and / or mechanical energy thereto, the temperature and / or the Pressure of the in the storage container to adjust the medium so that the temperature and / or the pressure of the temperature or the pressure of the medium in the rest of the refrigeration cycle system so leads that the required pressure difference and the requirements can be met on the condensation behavior.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Beaufschlagung der Gasdichtung(en) mit dem in dem Speicherbehälter befindlichen Medium lediglich während eines Stillstandes des Kältekreislaufes oder eines Anfahrens des Kältekreislaufes erfolgt.The inventive method for operating a refrigeration cycle is characterized in that an admission of the gas seal (s) with the in the storage container medium only during a stoppage of the refrigeration cycle or a start-up of the refrigeration cycle he follows.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kältekreislaufes sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Kältekreislaufes, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass
- – die Wirkverbindung absperrbar ausgebildet ist,
- – der Speicherbehälter am kältesten Punkt des Kältekreislaufes vorgesehen ist,
- – die Mittel zum Zuführen von Wärme als zusätzliche Wärmetauscherfläche und/oder elektrische Heizung ausgebildet sind und
- – die Mittel zum Zuführen von mechanischer Energie als wenigstens eine Pumpe ausgebildet sind.
- - The operative connection is designed lockable
- The storage container is provided at the coldest point of the refrigeration cycle,
- - The means for supplying heat as an additional heat exchanger surface and / or electrical Heating are designed and
- - The means for supplying mechanical energy are designed as at least one pump.
Der erfindungsgemäße Kältekreislauf, das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kältekreislaufes sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.Of the cooling circuit according to the invention, the inventive method for operating a refrigeration cycle as well as further embodiments thereof are described below of the embodiment shown in the figure explained in more detail.
In der Figur dargestellt ist ein abzukühlendes und ggf. zu verflüssigendes Medium, das über eine Leitung A einem Wärmetauscher E zugeführt wird. In diesem wird das Medium gegen das Medium bzw. Kältemittel eines Kältekreislaufes abgekühlt und ggf. verflüssigt. Anschließend wird das abgekühlte und ggf. verflüssigte Medium über Leitung B seiner weiteren Verwendung zugeführt.In The figure shows a cooled and possibly to be liquefied Medium that over a line A a heat exchanger E supplied becomes. In this, the medium is against the medium or refrigerant a refrigeration cycle chilled and possibly liquefied. Subsequently is the cooled and possibly liquefied Medium over Line B fed to its further use.
Bei dem abzukühlenden Medium kann es sich im Prinzip um jeden beliebigen ein- oder mehrkomponentigen Prozessstrom handeln, wie er beispielsweise in Verflüssigungsanlagen, chemischen Prozessen, etc. vorliegt.at to be cooled In principle, medium can be any single or multi-component medium Act process stream, such as in liquefaction plants, for example, chemical processes, etc. is present.
Das in dem Kältekreislauf zirkulierende Medium bzw. Kältemittel wird mittels eines ein- oder mehrstufigen Verdichters C auf den gewünschten Maximaldruck des Kältekreislaufes verdichtet. Der Einfachheit halber ist in der Figur lediglich ein Verdichter C dargestellt; es ist jedoch selbstverständlich, dass auch mehrere, parallel und/oder seriell geschaltete Verdichter Anwendung finden können.The in the refrigeration cycle circulating medium or refrigerant is by means of a single or multi-stage Compressor C to the desired maximum pressure of the refrigeration cycle compacted. For the sake of simplicity, in the figure, only one Compressor C shown; However, it goes without saying that also several, parallel and / or series-connected compressor application can find.
Das
verdichtete Kältemittel
wird über
Leitung
Sofern innerhalb des Kältekreislaufes ein lediglich einkomponentiges Kältemittel zirkuliert, wird im Regelfall der Abscheider D1 nicht vorgesehen.Provided within the refrigeration cycle a one-component refrigerant only As a rule, the separator D1 is not provided.
Das
im Wärmetauscher
E gegen den abzukühlenden
Prozessstrom verdampfte und ggf. überhitzte Kältemittel wird anschließend über Leitung
Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass neben der in der Figur beschriebenen Ausführungsform eines Kältekreislaufes eine Vielzahl weiterer Varianten von Kältekreisläufen denkbar ist. In allen ist jedoch gemein, dass ein Kältemittel oder Kältemittelgemisch verdichtet, entspannt und in einen Wärmetausch mit dem abzukühlenden Medium bzw. Prozessstrom gebracht wird.It is for the expert of course, that in addition to the embodiment of a refrigeration cycle described in the figure a variety of other variants of refrigeration circuits is conceivable. In all However, common is that a refrigerant or refrigerant mixture compressed, relaxed and in a heat exchange with the cooled Medium or process stream is brought.
Erfindungsgemäß ist dem
Kältekreislauf nunmehr
wenigstens ein Speicherbehälter
D2 zugeordnet, der über
Leitung
Der
Speicherbehälter
D2 steht mit der oder den Gasdichtungen des Verdichters C derart
in Wirkverbindung – dargestellt
durch die gestrichelt gezeichnete Leitung
Die vorerwähnten Mittel zum Zuführen von Wärme in den Speicherbehälter D2 sind beispielsweise dergestalt ausgebildet, dass der Speicherbehälter D2 die für die Wärmeübertragung wirksamen Flächen in einer Größenordnung aufweist, dass ein ausreichender Wärmeeinfall gewährleistet werden kann. Darüber hinaus können zusätzlich oder alternativ elektrische Heizungenvorgesehen werden. Alternativ oder ergänzend kann durch die Art der Isolierung des Speicherbehälters D2 ein gegenüber dem übrigen Kältekreislaufsystem erhöhter Wärmeeinfall in den Speicherbehälter D2 realisiert werden. Des Weiteren kann – alternativ oder ergänzend – flüssiges Medium mittels einer in der Figur nicht dargestellten Pumpe vom Abscheider D1 zu dem Speicherbehälter D2 gefördert und auf einen höheren Druck gebracht werden.The aforementioned Means for feeding of heat in the storage tank D2 are formed, for example, such that the storage container D2 the for the heat transfer effective surfaces in an order of magnitude has that ensures sufficient heat input can be. About that can out additionally or alternatively electric heaters are provided. alternative or in addition can by the type of isolation of the storage container D2 one opposite the rest Refrigeration cycle system increased Heat in the storage tank D2 be realized. Furthermore, as an alternative or in addition, liquid medium by means of a pump, not shown in the figure from the separator D1 to the storage container D2 promoted and to a higher one Be brought pressure.
Während des
normalen Betriebes des Kältekreislaufes
wird die Absperrvorrichtung c geschlossen sein und der Speicherbehälter D2
bei geöffnetem Ventil
b über
die Leitung
Neben
der bereits beschriebenen Einbindung des Speicherbehälters D2
in den Kältekreislauf kann
dieser auch eine in den Kältekreislauf
zurückführende Leitung
Dieses permanente Durchströmen des Speicherbehälters D2 hat den Vorteil, dass eine Entmischung des im Speicherbehälter D2 befindlichen bzw. bereit gestellten Mediums während des regulären Betriebes des Kältekreislaufes verhindert wird bzw. die Entmischung, die während der Stillstandszeiten und Anfahrszenarien unter Nutzung des Speicherbehälters D2 als Dichtungsgasquelle eintritt, zurückgeführt werden kann.This permanent flow of the storage container D2 has the advantage that a segregation of the in the storage container D2 available or provided during normal operation of the refrigeration cycle is prevented or demixing during downtime and start-up scenarios using the storage container D2 enters as a gas source gas, can be returned.
Darüber hinaus kann der Speicherbehälter D2 während des Betriebes des Kältekreislaufes als Kapazitätserweiterung eines im Kreislauf eingesetzten Abscheiders – in der Figur ist dies der Abscheider D1 – genutzt werden.Furthermore can the storage tank D2 while the operation of the refrigeration cycle as capacity expansion a separator used in the circuit - in the figure, this is the Separator D1 - used become.
Mittels des erfindungsgemäßen Kältekreislaufes sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Kältekreislaufes kann nunmehr auch während der Anfahrprozedur und der Stillstandszeiten des Kältekreislaufes eine sichere Beaufschlagung der Gasdichtungen des Verdichters C realisiert werden. Auf die Bereitstellung eines für die Beaufschlag erforderlichen Gases aus einer externen Quelle kann somit verzichtet werden.through the refrigeration cycle according to the invention and the method according to the invention for Operating a refrigeration cycle can now also during the start-up procedure and the downtime of the refrigeration cycle realized a safe admission of the gas seals of the compressor C. become. To provide one for the charge required Gas from an external source can thus be dispensed with.
Mittels der Zuführung von Wärme in den Speicherbehälter D2, der damit verbundenen Temperaturerhöhung des in ihm gespeicherten Mediums und der damit verbundenen Erhöhung von dessen Siededruck kann jederzeit eine positive Druckdifferenz gegenüber dem von dem Verdichter zu verdichtenden Medium bzw. Kältemittel gewährleistet werden. Die vorbeschriebene Wärmezufuhr verhindert darüber hinaus die unerwünschte Kondensation des für die Beaufschlagung der Verdichter-Gasdichtungen verwendeten Gases.through the feeder of heat in the storage tank D2, the associated increase in temperature of the stored in it Medium and the associated increase of its boiling pressure can always have a positive pressure difference over the from the compressor to be compressed medium or refrigerant guaranteed become. The above-described heat prevents over it addition, the unwanted Condensation of for the pressurization of the compressor gas seals used gas.
Sind,
wie in der Figur dargestellt, zwei Speicherbehälter D1 und D2 vorgesehen,
so kann – falls
dies bei einer unerwartet längeren
Stillstandszeit erforderlich sein sollte – über die Verbindungsleitung
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