Migration des flüssigen Kältemittels
Kältemittelmigration bezeichnet die Ansammlung von flüssigem Kältemittel im Kompressorgehäuse bei abgeschaltetem Kompressor. Solange die Temperatur im Kompressor niedriger ist als die im Verdampfer, treibt der Druckunterschied zwischen Kompressor und Verdampfer das Kältemittel in Richtung der kälteren Bereiche. Dieses Phänomen tritt am häufigsten in den kalten Wintermonaten auf. Bei Klimaanlagen und Wärmepumpen kann Kältemittelmigration jedoch auch bei hohen Temperaturen auftreten, wenn die Verflüssigungseinheit weit vom Kompressor entfernt ist.
Wird das System abgeschaltet und nicht innerhalb weniger Stunden wieder in Betrieb genommen, kann es selbst dann zu einer Migration kommen, wenn kein Druckunterschied besteht. Grund dafür ist die Anziehungskraft des gekühlten Öls im Kurbelgehäuse auf das Kältemittel.
Gelangt zu viel flüssiges Kältemittel in das Kurbelgehäuse des Kompressors, kommt es beim Anlaufen des Kompressors zu einem starken Flüssigkeitsschock, der verschiedene Kompressorausfälle zur Folge hat, wie z. B. Ventilscheibenbruch, Kolbenschäden, Lagerausfall und Lagererosion (das Kältemittel wäscht das gekühlte Öl vom Lager ab).
Überlauf von flüssigem Kältemittel
Wenn das Expansionsventil nicht funktioniert oder der Verdampferlüfter ausfällt oder durch den Luftfilter blockiert ist, tritt flüssiges Kältemittel im Verdampfer über und gelangt als Flüssigkeit statt als Dampf durch das Saugrohr in den Kompressor. Im Betrieb verdünnt die überlaufende Flüssigkeit das Kältemittelöl, was zu Verschleiß an den beweglichen Kompressorteilen führt. Der sinkende Öldruck löst die Öldrucksicherheitseinrichtung aus, wodurch Öl im Kurbelgehäuse verloren geht. Wird die Maschine in diesem Fall abgeschaltet, tritt die Kältemittelmigration schnell ein, was beim Wiederanlaufen zu einem Flüssigkeitsschock führt.
Flüssighammer
Beim Auftreten eines Flüssigkeitsschlags ist ein metallisches Schlaggeräusch aus dem Kompressor hörbar, begleitet von heftigen Vibrationen. Hydraulische Schläge können zu Ventilbruch, Beschädigung der Kompressorkopfdichtung, Pleuelstangenbruch, Wellenbruch und anderen Kompressorschäden führen. Wenn flüssiges Kältemittel in das Kurbelgehäuse gelangt, kommt es beim Einschalten des Kurbelgehäuses zu einem Flüssigkeitsschlag. In manchen Anlagen sammelt sich aufgrund der Rohrleitungsführung oder der Anordnung der Komponenten während Stillstandszeiten flüssiges Kältemittel im Saugrohr oder Verdampfer an und tritt beim Einschalten des Kompressors mit besonders hoher Geschwindigkeit als reine Flüssigkeit ein. Die Geschwindigkeit und die Trägheit dieses hydraulischen Schlags reichen aus, um die Schutzvorrichtungen gegen hydraulische Schläge im Kompressor zu zerstören.
Wirkung der Öldruck-Sicherheitssteuerungseinrichtung
In Kryoanlagen führt nach der Enteisungsphase das Überlaufen von flüssigem Kältemittel häufig zum Auslösen der Öldrucksicherheitseinrichtung. Viele Systeme sind so konstruiert, dass Kältemittel während des Abtauvorgangs im Verdampfer und im Saugrohr kondensiert und beim Anlauf in das Kompressorgehäuse strömt. Dies führt zu einem Abfall des Öldrucks und somit zum Auslösen der Öldrucksicherheitseinrichtung.
Gelegentlich hat das Auslösen der Öldrucksicherheitseinrichtung keine schwerwiegenden Auswirkungen auf den Kompressor. Wiederholtes Auslösen ohne ausreichende Schmierung führt jedoch zum Kompressorausfall. Die Öldrucksicherheitseinrichtung wird vom Bediener oft als geringfügiger Fehler betrachtet, sie ist jedoch ein Warnsignal dafür, dass der Kompressor länger als zwei Minuten ohne Schmierung läuft und umgehend Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen.
Empfohlene Heilmittel
Je mehr Kältemittel in die Kälteanlage eingefüllt wird, desto höher ist das Ausfallrisiko. Nur wenn der Kompressor und andere wichtige Systemkomponenten für einen Systemtest miteinander verbunden sind, lässt sich die maximale und sichere Kältemittelmenge ermitteln. Kompressorhersteller können zwar die maximale Menge an flüssigem Kältemittel bestimmen, die eingefüllt werden darf, ohne die Funktionsteile des Kompressors zu beschädigen, aber sie können in den meisten Extremfällen nicht feststellen, wie viel des gesamten Kältemittels sich tatsächlich im Kompressor befindet. Die maximale Menge an flüssigem Kältemittel, die der Kompressor verträgt, hängt von seiner Konstruktion, dem Füllvolumen und der Menge des eingefüllten Kältemittelöls ab. Bei Flüssigkeitsmigration, Überlauf oder Klopfen müssen die erforderlichen Maßnahmen ergriffen werden. Die Art der Maßnahmen hängt von der Systemkonstruktion und der Art des Fehlers ab.
Verringern Sie die Kältemittelmenge.
Der beste Schutz des Kompressors vor Schäden durch flüssiges Kältemittel besteht darin, die Kältemittelmenge auf den zulässigen Bereich des Kompressors zu begrenzen. Ist dies nicht möglich, sollte die Füllmenge so weit wie möglich reduziert werden. Bei Einhaltung des erforderlichen Durchflusses sollten Kondensator, Verdampfer und Verbindungsleitungen so klein wie möglich dimensioniert und der Kältemittelbehälter so klein wie möglich gewählt werden. Die Minimierung der Füllmenge erfordert die korrekte Bedienung, um auf Luftblasen zu achten, die durch den kleinen Durchmesser der Flüssigkeitsleitung und den niedrigen Druck entstehen und zu einer gefährlichen Überfüllung führen können.
Evakuierungszyklus
Die aktivste und zuverlässigste Methode zur Steuerung von flüssigem Kältemittel ist der Evakuierungszyklus. Insbesondere bei großen Systemfüllmengen kann durch Schließen des Magnetventils der Flüssigkeitsleitung das Kältemittel in den Kondensator und den Flüssigkeitsbehälter gepumpt werden. Der Kompressor läuft unter der Kontrolle der Niederdruck-Sicherheitseinrichtung, sodass das Kältemittel im Stillstand vom Kompressor getrennt wird und ein Eindringen in das Kompressorgehäuse verhindert wird. Es wird empfohlen, während der Abschaltphase einen kontinuierlichen Evakuierungszyklus zu verwenden, um ein Austreten von Kältemittel am Magnetventil zu verhindern. Bei einem einzelnen Evakuierungszyklus, auch nicht-rezirkulierender Betriebsmodus genannt, kann es bei längerem Stillstand zu einem zu hohen Kältemittelverlust und damit zu Schäden am Kompressor kommen. Obwohl der kontinuierliche Evakuierungszyklus die beste Methode zur Verhinderung von Kältemittelmigration darstellt, schützt er den Kompressor nicht vor den negativen Auswirkungen eines Kältemittelüberlaufs.
Kurbelgehäuseheizung
Bei manchen Systemen, Betriebsumgebungen, Kosten oder Kundenpräferenzen, die Evakuierungszyklen unmöglich machen, können Kurbelgehäuseheizungen die Migration verzögern.
Die Kurbelgehäuseheizung dient dazu, die Temperatur des gekühlten Öls im Kurbelgehäuse über der Temperatur des niedrigsten Systemteils zu halten. Die Heizleistung der Kurbelgehäuseheizung muss jedoch begrenzt werden, um eine Überhitzung und das Einfrieren von Ölkohle zu verhindern. Bei einer Umgebungstemperatur nahe -18 °C° C, oder wenn das Saugrohr freiliegt, wird die Funktion der Kurbelgehäuseheizung teilweise kompensiert, und das Migrationsphänomen kann weiterhin auftreten.
Kurbelgehäuseheizungen werden im Betrieb in der Regel kontinuierlich beheizt, da es, nachdem das Kältemittel in das Kurbelgehäuse gelangt und im gekühlten Öl kondensiert ist, mehrere Stunden dauern kann, bis es wieder in das Saugrohr zurückfließt. Bei weniger kritischen Situationen ist die Kurbelgehäuseheizung sehr wirksam, um Migration zu verhindern. Sie kann den Kompressor jedoch nicht vor Schäden durch zurückfließendes Kältemittel schützen.
Saugrohr-Gas-Flüssigkeits-Abscheider
Bei Systemen, die zu Flüssigkeitsüberlauf neigen, sollte ein Gas-Flüssigkeits-Abscheider in der Saugleitung installiert werden, um das aus dem System ausgetretene flüssige Kältemittel vorübergehend zu speichern und es dem Kompressor mit einer für diesen zulässigen Rate wieder zuzuführen.
Ein Überlaufen des Kältemittels tritt am ehesten beim Umschalten der Wärmepumpe vom Kühl- in den Heizbetrieb auf. Generell ist der Gas-Flüssigkeits-Abscheider im Saugrohr ein notwendiges Bauteil in allen Wärmepumpen.
Systeme, die Heißgas zum Abtauen verwenden, neigen ebenfalls zu Flüssigkeitsüberlauf zu Beginn und am Ende des Abtauvorgangs. Geräte mit geringer Überhitzung, wie z. B. Flüssigkeitsgefrierschränke und Kompressoren in Kühlvitrinen, können aufgrund unzureichender Kältemittelregelung gelegentlich einen Überlauf verursachen. Bei Fahrzeuggeräten besteht nach längeren Abschaltphasen ebenfalls die Gefahr eines starken Überlaufs beim Neustart.
Bei einem zweistufigen Kompressor wird die Ansaugluft direkt in den unteren Zylinder zurückgeführt und durchströmt nicht die Motorkammer. Um das Kompressorventil vor Beschädigungen durch Flüssigkeitsstöße zu schützen, sollte ein Gas-Flüssigkeits-Abscheider verwendet werden.
Da sich die Gesamtfüllmengen verschiedener Kälteanlagen und die Kältemittelregelungsmethoden unterscheiden, hängt die Notwendigkeit und Dimensionierung eines Gas-Flüssigkeits-Abscheiders maßgeblich von den Anforderungen der jeweiligen Anlage ab. Wird der Flüssigkeitsrückfluss nicht genau gemessen, empfiehlt sich eine konservative Auslegung des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders auf 50 % der Gesamtfüllmenge.
Ölabscheider
Der Ölabscheider kann weder den durch die Systemkonstruktion bedingten Ölrücklauffehler noch den Fehler in der Kältemittelregelung beheben. Lässt sich der Regelfehler jedoch nicht anderweitig beheben, trägt der Ölabscheider dazu bei, die im System zirkulierende Ölmenge zu reduzieren. Dies kann dem System helfen, eine kritische Phase zu überbrücken, bis die Regelregelung wiederhergestellt ist. Beispielsweise kann in einem Ultratieftemperaturgerät oder einem Verdampfer mit vollständiger Flüssigkeitszufuhr das Rücklauföl durch Abtauvorgänge beeinträchtigt werden. In diesem Fall kann der Ölabscheider dazu beitragen, die Menge an gekühltem Öl im Kompressor während des Abtauvorgangs aufrechtzuerhalten.
Veröffentlichungsdatum: 07.09.2023
