Kälteanlagen nutzen Kältemittel als Arbeitsmedium. Kältemittel kommen im Allgemeinen in zwei Aggregatzuständen vor: flüssig und gasförmig. Heute geht es um die relevanten Informationen zu flüssigen Kältemitteln.
1. Handelt es sich bei dem Kältemittel um eine Flüssigkeit oder ein Gas?
Kältemittel können in drei Kategorien unterteilt werden: Kältemittel mit einem einzigen Kältemittel, nicht-azeotrope Kältemittelgemische und azeotrope Kältemittelgemische.
Die Zusammensetzung des Kältemittels ändert sich nicht, egal ob es gasförmig oder flüssig ist, daher kann beim Befüllen auch der gasförmige Zustand verwendet werden.
Obwohl die Zusammensetzung des azeotropen Kältemittels unterschiedlich ist, ist aufgrund des gleichen Siedepunkts auch die Zusammensetzung von Gas und Flüssigkeit gleich, sodass das Gas eingefüllt werden kann;
Aufgrund der unterschiedlichen Siedepunkte nicht-azeotroper Kältemittel unterscheiden sich flüssige und gasförmige Kältemittel in ihrer Zusammensetzung. Wird nun ein gasförmiges Kältemittel hinzugefügt, ändert sich dessen Zusammensetzung. Beispielsweise kann nur ein bestimmtes gasförmiges Kältemittel hinzugefügt werden, sodass nur flüssiges Kältemittel hinzugefügt werden kann.
Das heißt, nicht-azeotrope Kältemittel müssen mit Flüssigkeit versetzt werden, und alle nicht-azeotropen Kältemittel beginnen mit R4. Diese Flüssigkeit wird hinzugefügt. Gängige nicht-azeotrope Kältemittel sind: R40, R401A, R403B, R404A, R406A, R407A, R407B, R407C, R408A, R409A, R410A und R41A.
Bei anderen gängigen Kältemitteln wie R134a, R22, R23, R290, R32, R500 und R600a wird die Zusammensetzung des Kältemittels durch die Zugabe von Gas oder Flüssigkeit nicht beeinflusst, daher ist dies unkompliziert.
Beim Nachfüllen von Kältemittel ist Folgendes zu beachten:
(1) Beobachten Sie die Blasen im Schauglas;
(2) Hoch- und Niederdruck messen;
(3) Messen Sie den Kompressorstrom;
(4) Wiegen Sie die Injektionslösung.
Darüber hinaus sollte Folgendes beachtet und betont werden:
Nicht-azeotrope Kältemittel müssen im flüssigen Zustand zugegeben werden. Das Kältemittel R410A hat beispielsweise folgende Zusammensetzung:
R32 (Difluormethan): 50%;
R125 (Pentafluorethan): 50%;
Da die Siedepunkte von R32 und R125 unterschiedlich sind, führt dies dazu, dass sich im oberen Teil des Kältemittelbehälters von R410A, wenn dieser stehend befüllt wird, verdampftes gasförmiges Kältemittel bildet. Die Zusammensetzung beträgt dann nicht 50 % R32 + 50 % R125, da der Siedepunkt von R32 niedrig ist und es daher sehr wahrscheinlich ist, dass der obere Teil des Kältemittels aus R32 besteht.
Wird also ein gasförmiges Kältemittel hinzugefügt, handelt es sich bei dem hinzugefügten Kältemittel nicht um R410A, sondern um R32.
Zweitens, die häufigen Probleme von flüssigen Kältemitteln
1. 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 zu kühleren Bereichen. Dieses Phänomen tritt am häufigsten in kalten Wintern auf. Bei Klimaanlagen und Wärmepumpen kann Migration jedoch auch bei hohen Temperaturen auftreten, wenn das Verflüssigungsaggregat weit vom Kompressor entfernt ist.
Wenn das System abgeschaltet wird und nicht innerhalb weniger Stunden wieder eingeschaltet wird, kann es selbst dann, wenn kein Druckunterschied besteht, aufgrund der Anziehungskraft des Kältemittels im Kurbelgehäuse zum Kältemittel im Kurbelgehäuse zu einer Migration kommen.
Gelangt überschüssiges flüssiges Kältemittel in das Kurbelgehäuse des Kompressors, kommt es beim Anlaufen des Kompressors zu einem heftigen Flüssigkeitsschlag, der verschiedene Kompressorausfälle zur Folge hat, wie z. B. Ventilplattenbruch, Kolbenschäden, Lagerausfall und Lagererosion (das Kältemittel spült das Öl aus den Lagern).
2. Überlauf des flüssigen Kältemittels
Wenn das Expansionsventil oder der Verdampferlüfter ausfällt oder durch den Luftfilter verstopft ist, tritt flüssiges Kältemittel aus dem Verdampfer aus und gelangt über das Saugrohr in den Kompressor – und zwar flüssig statt gasförmig. Im laufenden Betrieb verdünnt das austretende Kältemittel das Kältemittelöl, was zu Verschleiß an den beweglichen Kompressorteilen und einem Öldruckabfall führt. Dadurch wird die Öldrucksicherung ausgelöst, und das Kurbelgehäuse verliert Öl. Wird die Maschine in diesem Fall abgeschaltet, kommt es zu einer raschen Kältemittelmigration, die beim Wiederanfahren einen Flüssigkeitsschlag verursacht.
3. Flüssigkeitsschlag
Beim sogenannten Flüssigkeitsschlag ist ein metallisches Knallgeräusch aus dem Inneren des Kompressors hörbar, begleitet von heftigen Vibrationen. Flüssigkeitsschläge können zu Ventilbruch, Beschädigung der Kompressorkopfdichtung, Pleuelbruch, Kurbelwellenbruch und Schäden an anderen Kompressortypen führen. Flüssigkeitsschläge entstehen, wenn flüssiges Kältemittel in das Kurbelgehäuse gelangt und den Kompressor wieder ankurbelt. In manchen Anlagen sammelt sich aufgrund der Rohrleitungsführung oder der Anordnung von Bauteilen flüssiges Kältemittel während des Abschaltvorgangs im Saugrohr oder Verdampfer an und strömt beim Einschalten als reine Flüssigkeit mit besonders hoher Geschwindigkeit in den Kompressor. Die Geschwindigkeit und die Trägheit des Flüssigkeitsschlags reichen aus, um jegliche eingebauten Kompressorschutzmechanismen gegen Flüssigkeitsschläge zu überwinden.
4. Wirkung der hydraulischen Sicherheitssteuerungseinrichtung
Bei Niedertemperaturgeräten löst nach dem Abtauvorgang häufig die Öldrucksicherheitseinrichtung aufgrund von überlaufendem flüssigem Kältemittel aus. Viele Systeme sind so konstruiert, dass Kältemittel während des Abtauvorgangs im Verdampfer und in der Saugleitung kondensiert und beim Anlauf in das Kompressorgehäuse strömt. Dies führt zu einem Abfall des Öldrucks und somit zum Ansprechen der Öldrucksicherheitseinrichtung.
Vereinzelt treten Fehlfunktionen der Öldruck-Sicherheitseinrichtung auf, ohne dass diese den Kompressor schwerwiegend beeinträchtigen. Wiederholte Fehlfunktionen ohne ausreichende Schmierung führen jedoch zum Ausfall des Kompressors. Die Öldruck-Sicherheitseinrichtung wird vom Bediener oft als geringfügiger Fehler abgetan, ist aber ein Warnsignal dafür, dass der Kompressor länger als zwei Minuten ohne Schmierung läuft und umgehend Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen.
3. Lösungen für das Problem der flüssigen Kältemittel
Ein gut konstruierter, effizienter Kompressor für Kälteanlagen, Klimaanlagen und Wärmepumpen ist im Wesentlichen eine Dampfpumpe, die nur eine bestimmte Menge an flüssigem Kältemittel und Kältemittelöl fördern kann. Um einen Kompressor zu entwickeln, der größere Mengen an flüssigem Kältemittel und Kältemittelöl verarbeiten kann, müssen Größe, Gewicht, Kühlleistung, Wirkungsgrad, Geräuschentwicklung und Kosten berücksichtigt werden. Abgesehen von den Konstruktionsfaktoren ist die Menge an flüssigem Kältemittel, die ein Kompressor fördern kann, begrenzt. Seine Förderleistung hängt von folgenden Faktoren ab: Kurbelgehäusevolumen, Kältemittelölmenge, Systemtyp und Steuerung sowie den normalen Betriebsbedingungen.
Mit zunehmender Kältemittelmenge steigt auch das Gefahrenpotenzial des Kompressors. Die Ursachen für Schäden lassen sich im Allgemeinen auf folgende Punkte zurückführen:
(1) Zu hohe Kältemittelmenge.
(2) Der Verdampfer ist vereist.
(3) Der Verdampferfilter ist verschmutzt und verstopft.
(4) Der Verdampferlüfter oder der Lüftermotor fällt aus.
(5) Falsche Kapillarauswahl.
(6) Die Auswahl oder Einstellung des Expansionsventils ist fehlerhaft.
(7) Kältemittelmigration.
1. 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 zu kühleren Bereichen. Dieses Phänomen tritt am häufigsten in kalten Wintern auf. Bei Klimaanlagen und Wärmepumpen kann Migration jedoch auch bei hohen Temperaturen auftreten, wenn das Verflüssigungsaggregat weit vom Kompressor entfernt ist.
Wenn das System abgeschaltet wird und nicht innerhalb weniger Stunden wieder eingeschaltet wird, kann es selbst dann, wenn kein Druckunterschied besteht, aufgrund der Anziehungskraft des Kältemittels im Kurbelgehäuse zum Kältemittel im Kurbelgehäuse zu einer Migration kommen.
Gelangt überschüssiges flüssiges Kältemittel in das Kurbelgehäuse des Kompressors, kommt es beim Anlaufen des Kompressors zu einem heftigen Flüssigkeitsschlag, der verschiedene Kompressorausfälle zur Folge hat, wie z. B. Ventilplattenbruch, Kolbenschäden, Lagerausfall und Lagererosion (das Kältemittel spült das Öl aus den Lagern).
2. Überlauf des flüssigen Kältemittels
Wenn das Expansionsventil oder der Verdampferlüfter ausfällt oder durch den Luftfilter verstopft ist, tritt flüssiges Kältemittel aus dem Verdampfer aus und gelangt über das Saugrohr in den Kompressor – und zwar flüssig statt gasförmig. Im laufenden Betrieb verdünnt das austretende Kältemittel das Kältemittelöl, was zu Verschleiß an den beweglichen Kompressorteilen und einem Öldruckabfall führt. Dadurch wird die Öldrucksicherung ausgelöst, und das Kurbelgehäuse verliert Öl. Wird die Maschine in diesem Fall abgeschaltet, kommt es zu einer raschen Kältemittelmigration, die beim Wiederanfahren einen Flüssigkeitsschlag verursacht.
3. Flüssigkeitsschlag
Beim sogenannten Flüssigkeitsschlag ist ein metallisches Knallgeräusch aus dem Inneren des Kompressors hörbar, begleitet von heftigen Vibrationen. Flüssigkeitsschläge können zu Ventilbruch, Beschädigung der Kompressorkopfdichtung, Pleuelbruch, Kurbelwellenbruch und Schäden an anderen Kompressortypen führen. Flüssigkeitsschläge entstehen, wenn flüssiges Kältemittel in das Kurbelgehäuse gelangt und den Kompressor wieder ankurbelt. In manchen Anlagen sammelt sich aufgrund der Rohrleitungsführung oder der Anordnung von Bauteilen flüssiges Kältemittel während des Abschaltvorgangs im Saugrohr oder Verdampfer an und strömt beim Einschalten als reine Flüssigkeit mit besonders hoher Geschwindigkeit in den Kompressor. Die Geschwindigkeit und die Trägheit des Flüssigkeitsschlags reichen aus, um jegliche eingebauten Kompressorschutzmechanismen gegen Flüssigkeitsschläge zu überwinden.
4. Wirkung der hydraulischen Sicherheitssteuerungseinrichtung
Bei Niedertemperaturgeräten löst nach dem Abtauvorgang häufig die Öldrucksicherheitseinrichtung aufgrund von überlaufendem flüssigem Kältemittel aus. Viele Systeme sind so konstruiert, dass Kältemittel während des Abtauvorgangs im Verdampfer und in der Saugleitung kondensiert und beim Anlauf in das Kompressorgehäuse strömt. Dies führt zu einem Abfall des Öldrucks und somit zum Ansprechen der Öldrucksicherheitseinrichtung.
Vereinzelt treten Fehlfunktionen der Öldruck-Sicherheitseinrichtung auf, ohne dass diese den Kompressor schwerwiegend beeinträchtigen. Wiederholte Fehlfunktionen ohne ausreichende Schmierung führen jedoch zum Ausfall des Kompressors. Die Öldruck-Sicherheitseinrichtung wird vom Bediener oft als geringfügiger Fehler abgetan, ist aber ein Warnsignal dafür, dass der Kompressor länger als zwei Minuten ohne Schmierung läuft und umgehend Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen.
3. Lösungen für das Problem der flüssigen Kältemittel
Ein gut konstruierter, effizienter Kompressor für Kälteanlagen, Klimaanlagen und Wärmepumpen ist im Wesentlichen eine Dampfpumpe, die nur eine bestimmte Menge an flüssigem Kältemittel und Kältemittelöl fördern kann. Um einen Kompressor zu entwickeln, der größere Mengen an flüssigem Kältemittel und Kältemittelöl verarbeiten kann, müssen Größe, Gewicht, Kühlleistung, Wirkungsgrad, Geräuschentwicklung und Kosten berücksichtigt werden. Abgesehen von den Konstruktionsfaktoren ist die Menge an flüssigem Kältemittel, die ein Kompressor fördern kann, begrenzt. Seine Förderleistung hängt von folgenden Faktoren ab: Kurbelgehäusevolumen, Kältemittelölmenge, Systemtyp und Steuerung sowie den normalen Betriebsbedingungen.
Mit zunehmender Kältemittelmenge steigt auch das Gefahrenpotenzial des Kompressors. Die Ursachen für Schäden lassen sich im Allgemeinen auf folgende Punkte zurückführen:
(1) Zu hohe Kältemittelmenge.
(2) Der Verdampfer ist vereist.
(3) Der Verdampferfilter ist verschmutzt und verstopft.
(4) Der Verdampferlüfter oder der Lüftermotor fällt aus.
(5) Falsche Kapillarauswahl.
(6) Die Auswahl oder Einstellung des Expansionsventils ist fehlerhaft.
(7) Kältemittelmigration.
Veröffentlichungsdatum: 31. Mai 2022
