Eine ordnungsgemäße Überhitzung kann den Kompressor vor Schäden schützen

Bei Kühlanwendungen mit niedrigeren Temperaturen kommt es häufig zu Frost an den Saugleitungen, der Kompressorendglocke und/oder einem Teil des Kompressorkopfes. Wenn die Taupunkttemperatur der Luft durch den Kontakt mit der kalten Saugleitung, der Kompressorendglocke oder dem Kompressorkopf erreicht wird, wird der Wasserdampf in der Luft unter seine Taupunkttemperatur abgekühlt und kondensiert zu Flüssigkeit. Wenn diese kondensierte Flüssigkeit 32 °F erreicht, gefriert sie zu Frost. Frost ist einfach kondensierter Wasserdampf oder Tau, der 32 °F erreicht hat und gefroren ist.

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Ein Trugschluss, den viele Servicetechniker glauben, besteht darin, dass flüssiges Kältemittel den Kompressor erreicht, wenn sich Frost auf der Saugleitung des Systems, der Endglocke des Kompressors oder dem Kompressorkopf befindet. Alles Frost bedeutet, dass die Saugleitung oder der Kompressor unter dem Gefrierpunkt liegt und die Feuchtigkeit in der Luft ihre Taupunkttemperatur erreicht hat, kondensiert und dann gefroren ist. Wenn Techniker dies bemerken, besteht kein Grund zur Alarmierung, solange eine ordnungsgemäße Kompressorüberhitzung vorhanden ist, die den Kompressor vor Flüssigkeitsüberschwemmungen oder Flüssigkeitsschlägen schützt.

Bei einer Überschwemmung gelangt während eines Betriebszyklus flüssiges Kältemittel in das Kurbelgehäuse des Kompressors zurück. Beim Schlagen handelt es sich um flüssiges Kältemittel oder Öl, das tatsächlich in die Zylinder und/oder die Ventilanordnung des Kompressors eindringt und vom Kompressor gepumpt wird. Damit es zu Überschwemmungen oder Flüssigkeitsschlägen kommt, darf der Kompressor keiner Überhitzung ausgesetzt sein. Mit anderen Worten: Die in den Kompressor eintretende Temperatur wäre dieselbe wie die Verdampfertemperatur. Dies würde darauf hinweisen, dass es keine Überhitzung des Kompressors gab und dass flüssiges Kältemittel in den Kompressor gelangte. Unabhängig davon, ob das System über eine Kompressorüberhitzung verfügt oder nicht, wären in beiden Fällen die Saugleitung, die Endglocke und/oder der Kompressorkopf immer noch vereist. Aus diesem Grund ist es für Servicetechniker äußerst wichtig, die Überhitzung sowohl am Verdampfer als auch am Kompressor zu messen, um sicherzustellen, dass der Kompressor vor Überschwemmung und/oder Flüssigkeitsschlägen geschützt ist.

Einer der schlimmsten Feinde eines Kompressors ist flüssiges Kältemittel, denn Flüssigkeiten können nicht komprimiert werden. Kälte- und Klimakompressoren sind Dampfkompressoren, das heißt, sie sind für die Verdichtung von Kältemitteldampf und nicht für die Verdichtung von flüssigem Kältemittel ausgelegt. Der Kompressor wird oft als das Herzstück der Kühlanlage bezeichnet. Ohne den Kompressor als Kältemitteldampfpumpe könnte das Kältemittel andere Systemkomponenten nicht erreichen, um seine Wärmeübertragungsfunktionen zu erfüllen.

Ein Kolbenkompressor kann wie viele andere Kompressortypen kein flüssiges Kältemittel verarbeiten, das in ihn eindringt. Wenn flüssiges Kältemittel in die Zylinder oder die Endglocke des Kompressors gelangt, kommt es zu schweren mechanischen Schäden an der Ventilstruktur und dem Antriebsstrang des Kompressors. Wenn das flüssige Kältemittel die Ventilstrukturen nicht direkt beschädigt, führt es indirekt zu Schäden an den internen Antriebskomponenten des Kompressors, da es das Öl im Kurbelgehäuse verdünnt und dessen Schmierfähigkeit beeinträchtigt.

Für Servicetechniker ist es wichtig, den Unterschied zwischen sauggasgekühlten und luftgekühlten Kompressoren zu verstehen. Bei einem luftgekühlten Kompressor strömt das angesaugte Rückgas nicht über die Wicklungen des Kompressors; Das Rückgas gelangt einfach über das Saugserviceventil an der Seite des Kompressors in den Kompressor. Dieses Gas gelangt sofort in das Ansaugventil und die Zylinder, ohne dass eine andere Wärmequelle zu sehen ist. Wenn in diesem Sauggas Flüssigkeit (Kältemittel oder Öl) enthalten ist, können die Ventile und/oder Kolben/Stangen selbst ernsthaft beschädigt werden.

Dies ist bei kältemittelgasgekühlten Kompressoren nicht der Fall, bei denen flüssiges Kältemittel, das zum Kompressor zurückfließt, zunächst um die Motorwicklungen herum oder durch diese strömen muss. Es besteht eine gute Chance, dass die Wicklungen genug Wärme erzeugen, um flüssiges Kältemittel zu verdampfen, bevor es durch die Saughohlräume zu den Ventilstrukturen gesaugt wird. Das Kältemittel muss sich in unmittelbarer Nähe der Motorwicklungen bewegen, bevor es bergauf strömt und in die Ventilstrukturen und Zylinder des Kompressors gelangt.

Ein Servicetechniker kann nur feststellen, ob flüssiges Kältemittel zum Kompressor zurückfließt, indem er die Überhitzung des Kompressors misst. Dies kann erreicht werden, indem der Verdampfungsdruck mit einem Manometer gemessen und mithilfe eines Druck-/Temperaturdiagramms in eine Temperatur umgerechnet wird. Messen Sie anschließend mit einem Thermometer oder Thermistor die Kompressoreinlasstemperatur an der Saugleitung etwa 15 cm vom Kompressoreinlass entfernt. Die Kompressoreinlasstemperatur sollte immer wärmer sein als die Verdampfungstemperatur; Ist die Temperatur gleich oder kälter, befindet sich am Kompressor flüssiges Kältemittel.

Um die Kompressorüberhitzung zu ermitteln, subtrahieren Sie die Verdampfungstemperatur von der Kompressoreinlasstemperatur: Kompressoreinlasstemperatur – Verdampfungstemperatur = Kompressorüberhitzung

Beispielsweise hat ein R-134a-System einen Druck auf der Niederdruckseite des Kompressors von 20 psig oder 23 °F (siehe ein R-134a-Druck-/Temperatur-Verhältnisdiagramm). Die gemessene Temperatur am Kompressoreinlass beträgt 50 °F.

Berechnung der Gesamtüberhitzung: 50 °F (gemessene Kompressortemperatur) - 23 °F (Sättigungstemperatur) = 27 °F (Gesamtüberhitzung)

In diesem Beispiel beträgt die Gesamtüberhitzung 27 °F. Es ist möglich, ein TXV zu haben, das so eingestellt ist, dass es die Überhitzung an der Spule (Verdampferüberhitzung) regelt und bei bestimmten Niedriglastbedingungen dennoch flüssiges Kältemittel zum Kompressor zurückführt. Wenn ja, sollten die Bedingungen, die den Kältemittelrückfluss verursachen, ermittelt und behoben werden.

Es wird empfohlen, dass alle TXV-gesteuerten Kühlsysteme über eine gewisse Kompressorüberhitzung verfügen, um sicherzustellen, dass der Kompressor bei niedrigen Verdampferlasten kein flüssiges Kältemittel (Überflutung oder Schwallbildung) sieht. Das TXV sollte jedoch so eingestellt werden, dass die richtige Überhitzung für den Verdampfer und nicht für den Kompressor aufrechterhalten wird. Und wenn Sie die Verdampferüberhitzung am TXV einstellen, stellen Sie sicher, dass sich das System auf die vorgesehene Kühlraumtemperatur stabilisiert hat; andernfalls werden bedeutungslose Überhitzungen gelesen.

Erwarten Sie nicht, dass ein TXV bei hoher Verdampferwärmebelastung die richtige Überhitzung aufrechterhält, denn unter diesen Umständen sind die Überhitzungswerte des Verdampfers mit Sicherheit hoch. Auch hier ist es äußerst wichtig, immer zu warten, bis das System die vorgesehene Kühlraumtemperatur erreicht hat, bevor die Überhitzung des Verdampfers gemessen wird.

Ein weiterer Feind eines Kompressors sind sehr dichte Kältemitteldämpfe, die in den Kompressor eindringen. Manchmal sind diese Dämpfe so dicht, dass ihre Komprimierung enorme Mengen an Energie und Arbeit erfordert. Je dichter die Dämpfe sind, desto mehr Masse enthalten sie. Ein zu hoher Massendurchsatz kann häufig zu einer Überlastung und Belastung des Kompressormotors führen, was zu hohen Stromentnahmen und Überhitzungszuständen führt. Wenn die Situation schwerwiegend ist, wird der Stromkreis des Elektromotors des Kompressors häufig durch eine seiner internen und/oder externen Überlastungen elektrisch unterbrochen.

Um sicherzustellen, dass weder flüssiges Kältemittel noch zu dichter Kältemitteldampf in den Kompressor gelangt, muss am TXV die richtige Überhitzungsmenge eingestellt werden. Diese Überhitzung wird als Verdampferüberhitzung bezeichnet. Durch die richtige Verdampferüberhitzung wird sichergestellt, dass kein flüssiges Kältemittel oder sehr dichte Kältemitteldämpfe in den Kompressor eindringen. Die richtige Menge an Verdampferüberhitzung hält den Verdampfer auch mit phasenwechselndem Kältemittel aktiv.

Die Menge an Verdampferüberhitzung, die für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist, variiert. Bei Anwendungen mit niedrigeren Temperaturen kommt im Allgemeinen eine geringere Verdampferüberhitzung zum Einsatz als bei Anwendungen mit mittleren und hohen Temperaturen. Der Grund dafür ist, dass bei Niedertemperaturanwendungen der Verdampfer über einen möglichst großen Teil der Verdampferschlange aktiv gehalten werden muss. Dadurch wird eine hohe Nettokältewirkung gewährleistet, indem der Verdampfer so weit wie möglich mit phasenwechselndem Kältemittel gefüllt wird.

Befolgen Sie stets die Richtlinien des Herstellers zur Einstellung der Verdampferüberhitzung. Da jedoch keine Angaben des Herstellers vorliegen, können diese Richtlinien für die Überhitzungseinstellungen des Verdampfers befolgt werden:

Beispielsweise beträgt in einem R-134a-System der Druckwert am Verdampferauslass 25 psig oder 29 °F (siehe ein R-134a-Druck-/Temperatur-Verhältnisdiagramm). Die gemessene Temperatur am Verdampferauslass beträgt 35 °F.

Berechnung der Verdampferüberhitzung: 35 °F (Verdampferauslasstemperatur) – 29 °F (Sättigungstemperatur) = 6 °F (Verdampferüberhitzung)

Es wird immer Zeiten geben, in denen der Verdampfer eine geringere Wärmelast erfährt und das TXV aufgrund von Einschränkungen des Ventils und aufgrund von Systeminstabilität oder Systemproblemen möglicherweise die Kontrolle über seine Verdampferüberhitzung verliert. Bei niedrigen Verdampferwärmelasten verlieren TXVs oft die Kontrolle über die Verdampferüberhitzung, was folgende Ursachen haben kann:

Immer wenn die Verdampferschlange eine geringere Wärmelast als vorgesehen wahrnimmt, kann ein TXV die Kontrolle verlieren und ins Stocken geraten. Jagen ist nichts anderes als die Überfütterung und dann Unterfütterung der Klappe bei dem Versuch, sich selbst zu finden. Schwankungen treten in Zeiten von Systemungleichgewichten (geringe Wärmelasten) auf, wenn Temperaturen und Drücke instabil werden. Das TXV tendiert dazu, als Reaktion auf diese sich schnell ändernden Werte zu über- und unterzuspeisen, bis sich die Systembedingungen stabilisieren und das TXV sich stabilisieren kann. Es ist dieser Zustand der Überversorgung, der den Kompressoren schadet. Eine zu niedrige Einstellung der Verdampferüberhitzung führt ebenfalls zum Pendeln des TXV. Hier kommt die totale Überhitzung ins Spiel.

John Tomczyk ist emeritierter HVACR-Professor an der Ferris State University in Big Rapids, Michigan, und Mitautor von Refrigeration & Air Conditioning Technology, herausgegeben von Cengage Learning. Kontaktieren Sie ihn unter [email protected].