DE2246541B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern einer Beschädigung des Verdichters einer Kompressions-Kältemaschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern einer Beschädigung des Verdichters einer Kompressions-KältemaschineInfo
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Description
55
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern einer Beschädigung des Verdichters einer Kompressions-Kältemaschine
infolge zu hohen Kältemittelan- m> teils im Schmierölvorrat des Verdichters, bei dem der
Dampfdruck des Kältemittels und die Temperatur des Schmierölvorrats kontinuierlich gemessen werden, aus
der gemessenen Schmieröltemperatur ein Dampfdrucksignal abgeleitet wird und die beiden Dampfdrucksigna- »~>
Ie miteinander verglichen und als Steuersignale benutzt werden, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen
dieses Verfahrens.
Bei einem vorbekannten Verfahren und einer vorbekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 34 11 313)
werden kontinuierlich der Dampfdruck des das Schmieröl berührenden Kältemittels sowie die Temperatur
des Schmieröls gemessen. Übersteigt der Meßunterschied einen vorbestimmten Bereich, so wird der
Motor des Verdichters von seiner Energiequelle getrennt, das heißt, die Kältemaschine abgeschaltet, um
eine Beschädigung des Verdichters bei dem dann gegebenen zu hohen Kältemittelanteil im Schmieröl zu
verhindern.
Dieses Verfahren, das insbesondere durch einen Ausfall des Heizgerätes bedingte Schäden vermeiden
soll, erlaubt keine kontinuierliche Beeinflussung der
Kältemittelkonzentration im Schmieröl. Ein kontinuierliches Verfahren zur Beeinflussung der Kältemittelkonzentration
besteht beispielsweise darin, die Heizvorrichtung im Schmiermittelbehälter mittels eines auf eine
vorgegebene Temperatur eingestellten Thermostaten zu steuern. Ein anderes Verfahren besteht darin, die
Heizvorrichtung kontinuierlich eingeschaltet zu halten, wobei die Heizvorrichtung so dimensioniert ist, daß sich
für den ungünstigsten Fall, das heißt hohe Außentemperaturen, eine noch zulässige Kältemittelkonzentration
ergibt. Diese Verfahren sind jedoch kostspielig und haben einen schlechten Wirkungsgrad, insbesondere
insofern, als hohe Öltemperaturen unabhängig vom Kältemitteldruck aufrechterhalten werden. Darüber
hinaus kann es zu Überhitzungen des Schmieröls kommen, und zwar insbesondere dann, wenn der
Schmierölvorrat geringer wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verhindern einer Beschädigung des
Verdichters einer Kompressions-Kältemaschine infolge zu hohen Kältemittelanteils im Schmierölvorrat des
Verdichters zu schaffen, das eine kontinuierliche Beeinflussung der Kältemittelkonzentration im
Schmierölvorrat erlaubt und dennoch wirtschaftlich und mit gutem Wirkungsgrad arbeitet. Ferner soll eine
Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens angegeben werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des von der Temperatur des Schmieröls abgeleiteten Dampfdrucksignals
ein Meßfluid mit einer solchen Dampfdruck-Temperaturcharakteristik verwendet wird, daß
sich die den jeweiligen öltemperaturen entsprechenden Dampfdrücke des Meßfluids um eine im wesentlichen
konstante Druckdifferenz von den Dampfdrücken des Kältemittels unterscheiden, bei denen sich in dem
Schmieröl bei diesen Temperaturen eine vorgegebene, noch zulässige Kältemittelkonzentration einstellt, und
daß die Temperatur des Schmieröls in Abhängigkeit von den beiden gemessenen Dampfdrucksignalen so gesteuert
wird, daß der Meßunterschied zwischen den beiden Dampfdrucksignalen innerhalb dieser Druckdifferenz
bleibt.
Eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens, mit einem im Ölbehälter des Verdichters
angeordneten Heizgerät, einer Energiequelle zur Betätigung des Heizgerätes, einer ersten Meßeinrichtung
zum Messen des Dampfdrucks des das öl berührenden Kältemittels, einer zweiten, aus einem
geschlossenen thermischen System gebildeten Meßeinrichtung zur Abgabe eines der Temperatur des Öls
entsprechenden Dampfdrucksignals und einer Steuereinrichtung, die aus einem auf diese Druckdifferenz
ansprechenden Druckschalter besteht, ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung der Energiequelle Jes Heizgerätes zugeordnet ist und
bei Übersteigen des vorgegebenen Meßunterschiedes das Heizgerät mit der Energiequelle verbindet
Die Erfindung berücksichtigt, daß die Dampfdruck-Temperatur-Charakteristik
des Schmieröls von der des Kältemittels grundsätzlich verschieden ist. Es wird
daher zum Messen der Schmieröltemperatur ein Meßfluid benutzt, dessen Dampfdruck-Temperatur-Charakteristik
in der angegebenen Eeziehung zu derjenigen des Schmieröls steht Dies erlaubt, den
thermischen Zustand des Schmieröls kontinuierlich in Beziehung zu dem Dampfdruckzustand des Kältemittels
zu setzen, um genaue Werte bezüglich der Absorptionsfähigkeit des Öls zu erhalten. Das Heizgerät kann daher
in beliebigen Betriebsbereichen kontinuierlich so gesteuert werden, daß eine im wesentlichen konstante
Kältemittelkonzentration im Schmierölvorrat aufrechterhalten wird. Das erfindungsgemrße Verfahren
arbeitet somit wirtschaftlich und mit gutem Wirkungsgrad, und eine Überhitzung des Schmierölvorrates ist
nicht zu befürchten.
Anhand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung
zum Verhindern einer zu hohen Kältemittelkonzentration im Schmierölvorrat des Verdichters;
Fig.2 die Zustandskurven eines Kältemittels und eines Meßfluides im Dampfdruck-Temperatur-Diagramm.
Die in F i g. 1 gezeigte Kältemaschine besitzt einen Zentrifugal-Verdichter 10 mit einem Schaufelrad 11, das
über ein Getriebe 12 mit einem Motor 13 in Verbindung steht Die Druckseite des Verdichters 10 ist über eine
Leitung 15 mit einem Kondensator verbunden. Das flüssige Kältemittel gelangt durch einen Dosierkanal 17
vom Kondensator 16 zu einem Verdampfer 18. Der Verdichter 10 ist mit einem Schmierölbehälter 19
versehen, dessen normales ölniveau durch eine gestrichelte Linie 20 angedeutet ist. Innerhalb des
Schmierölbehälters 19 ist ein Heizgerät 21 angeordnet.
Die Temperatur des Schmieröls im Behälter 19 und der Druck des Kältemittels im Niederdruckbereich der
Kältemaschine werden gemessen. Das Heizgerät 21 wird auf der Grundlage dieser Messungen so gesteuert,
daß die Differenz zwischen dem Kältemitteldruck und der Schmieröltemperatur innerhalb eines vorgegebenen
Bereiches bleibt. Wenn sich beispielsweise der Druck des Kältemittels bezüglich der Schmieröltemperatur so
weit erhöht, daß die Differenz diesen vorgegebenen Bereich überschreitet, wird das Heizgerät 21 eingeschaltet,
um die Schmieröltemperatur auf einen Wert zu erhöhen, der bei dem dann existierenden Kältemitteldruck
die angesprochene Differenz wieder innerhalb des vorgegebenen Bereiches gelangen läßt, um eine zu
starke Kältemittelabsorption im Schmieröl zu verhindern, das heißt, um die Kältemittelkonzentration auf
einem noch zufriedenstellenden Niveau zu halten.
Die in F i g. 1 gezeigte Einrichtung umfaßt einen Fühler 23 in Form eines Kolben- bzw. Kugelthermometers,
das innerhalb des Schmieröls im Behälter 19 angeordnet ist. Der Fühler 23 ist über eine Leitung 27 an
einem druckempfindlichen Element 25 angeschlossen. Eine ähnliche thermisch ansprechende Einrichtung dient
dazu, kontinuierlich den Druck des Kältemittels auf der Niederdruckseite der Kältemaschine zu messen. Bei
dieser zweiten Einrichtung befindet sich im Verdampfer 18 ein Fühler 30 in Form eines Meßkolbens, der über
eine Leitung 33 an einem druckempfindlichen Element 31 angeschlossen ist Der Bereich oberhalb des
ölniveaus 20 ist über eine Leitung 34 an der Niederdruckseite der Kältemaschine angeschlossen.
Jede der beiden thermischen Einrichtungen enthält eine bestimmte Menge eines Meßfluids zur Erzeugung eines
veränderlichen Druckes, der eine bestimmte Kraft im
it System entsprechend dem gemessenen Druck darstellt.
Die druckempfindlichen Elemente 25, 31 sind
einander gegenüberliegend angeordnet und übet einen bewegbaren Schaltkontakt 39 miteinander verbunden.
Falls die durch den Fühler 23 gemessene öltemperatur
im Vergleich zu dem durch den Fühler 30 gemessenen Kältemitteldruck klein ist wird der Schaltkontakt 39 in
Anlage mit einem Kontakt 40 bewegt Auf diese Weise wird von der Seite 41 einer Energiequelle ein
Stromkreis über die Kontakte 39,40, die Leitung 43 und das Heizgerät 21 zur Seite 45 der Energiequelle
geschlossen.
Die druckempfindlichen Elemente 25, 31 und die Schaltkontakte 39, 40 bilden eine Steuereinrichtung in
Form eines herkömmlichen Druckschalters. Falls der am druckempfindlichen Element 31 angelegte Druck
des Kältemittels den am Element 25 anliegenden Druck um einen vorbestimmten Betrag übersteigt, wird der
Schaltkontakt 39 in Berührung mit dem Kontakt 40 bewegt. Druckschalter dieser Art können so eingestellt
werden, daß sie innerhalb eines vorgegebenen Druckbereiches arbeiten, so beispielsweise innerhalb einer
Differenz von 1,17 Bar. Der Druck am Element 31 müßte infolgedessen den Druck am Element 25 um
1,17 Bar überschreiten, ehe sich der Schaltkontaki: 39 an
den Kontakt 40 anlegt.
Die Meßfluide in den beiden thermischen Systemen sind so gewählt, daß die Änderungsgeschwindigkeit der
im einen System erzeugten Kraft verschieden ist von der Änderungsgeschwindigkeit der im anderen System
erzeugten Kraft, so daß ein vorgegebener Kraftunterschied innerhalb der beiden Systeme im wesentlichen
unabhängig ist von einer festgelegten Differenz zwischen dem Kältemitteldruck auf der Niederdruckseite
der Kältemaschine und der Schmieröltemperatur im
v-, Behälter. Meßfluide, die zu diesem Zweck besonders
geeignet sind, sind das Kältemittel R-12 und Athylchlorid,
wobei das Athylchlorid in dem thermischen System 23,27,25 verwendet wird. Wenn die Kältemaschine mit
dem Kältemittel R-12 betrieben wird, so kann auf den Kolben des Fühlers 30 verzichtet werden: dieses System
weist in diesem Fall nur die Leitung 33 und das druckempfindliche Element 31 auf.
Die Charakteristiken der beiden thermischen Systeme bei Verwendung von R-12 und Athylchlorid gehen
aus den in F i g. 2 gezeigten Kurven hervor.
Die Kurve für das Kältemittel R-12 ist mit 41
bezeichnet, während die Kurve für Äthylchlorid mit 42 bezeichnet ist. Wie ersichtlich, handelt es sich um
nichtlineare Dampfsättigungskurven für die entspre-
i·"' chenden Meßfluide, und die Kurven divergieren bei
zunehmender Temperatur. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, beträgt der Dampfdruck des Kältemittels bei einer
Temperatur von 210C 5,86 Bar, was durch den Schnittpunkt 43 der Kurve 44 mit der Kurve 41
' . wiedergegeben wird. Bei dieser Temperatur beträgt der
Dampfdruck von Äthylchlorid 1,378 Bar im Schnittpunkt 45 der Kurve 44 mit der Äthylchlorid-Kurve 42.
Wenn der Druckschalter einen Arbeitsbereich von
1,17 Bar besitzt, so wird dieser Arbeitsbereich durch einen Dampfdruckunterschied von 4,48 Bar erheblich
überschritten. Infolgedessen legt sich der Kontakt 39 an den Kontakt 40 an. Das erregte Heizgerät 21 erhöht die
öltemperatur, bis der Unterschied zwischen dem Dampfdruck des Kältemittels und demjenigen des
Äthylchlorids innerhalb des Arbeitsbereiches des Druckschalters liegt, was durch den Schnittpunkt 47 der
Linie 48 wiedergegeben wird. Dies entspricht einer öltemperatur von 6ö°C. In anderen Worten, die
öltemperatur ist von 210C auf 60° C angehoben worden,
um einen Dampfdruckunterschied innerhalb des Arbeitsbereiches von 1,17 Bar zu erhalten. Dem entspricht
ein noch als zulässig anzusehender Wert der Kältemittelkonzentration.
Zur Veranschaulichung eines weiteren Ausführungsbeispiels beträgt der Dampfdruck des Kältemittels bei
einer Temperatur von 49°C (wie er bei einer auf einem Dach eines Hauses installierten Anlage vorhanden sein
könnte) 11,92 Bar, vergl. den Schnittpunkt 50 zwischen
der Kurve 51 und der R-12-Kurve 41. Um den Dampfdruck des Äthylchlorids innerhalb des Betriebs
bereiches von 1,17 Bar zu bringen, wird das öl auf ein< Temperatur von 95,5°C erhitzt, wie durch der
Schnittpunkt 53 der Kurve 55 mit der Äthylchlorid-Kur ve 42 wiedergegeben wird.
Wenn die Umgebungstemperatur zunimmt, muß di< Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel unc
dem öl erhöht werden. Bei einer Umgebungstempera tür von beispielsweise 21°C muß das Schmieröl eine
Temperatur von 6O0C besitzen, was einem Temperatur unterschied von 39°C entspricht. Bei einer Umgebungs
temperatur von 49°C muß die öltemperatur 95°C betragen, was einer Temperaturdifferenz von 46°C
entspricht. Die Divergenz zwischen den Kurven 41 unc 42 sorgt automatisch für den richtigen Temperatur
unterschied zwischen Kältemittel und öl, das heißt der richtigen Unterschied zwischen den Dampfdrücken, un
die Absorption des Kältemittels im öl so zu steuern, dai.
sich ein noch zulässiger Wert der Kältemittelkonzentra tion ergibt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zum Verhindern einer Beschädigung des Verdichters einer Kompressions-Kältemaschine
infolge zu hohen Kältemittelanteils im Schmierölvorrat des Verdichters, bei dem der Dampfdruck des
Kältemittels und die Temperatur des Schmierölvorrats kontinuierlich gemessen werden, aus der
gemessenen Schmieröltemperatur ein Dampfdrucksignal abgeleitet wird und die beiden Dampfdrucksignale
miteinander verglichen und als Steuersignale benutzt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung des von der Temperatur des Schmieröls abgeleiteten Dampfdrucksignals ein
Meßfluid mit einer solchen Dampfdruck-Temperatur-Charakteristik verwendet wird, daß sich die den
jeweiligen öltemperaturen entsprechenden Dampfdrücke des Meßfluids um eine im wesentlichen
konstante Druckdifferenz von den Dampfdrücken des Kältemittels unterscheiden, bei denen sich in
dem Schmieröl bei diesen Temperaturen eine vorgegebene, noch zulässige Kältemittelkonzentration
einstellt, und daß die Temperatur des Schmieröls in Abhängigkeit von den beiden gemessenen
Dampfdrucksignalen so gesteuert wird, daß der Meßunterschied zwischen den beiden Dampfdrucksignalen
innerhalb dieser Druckdifferenz bleibt.
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem im Ölbehälter des
Verdichters angeordneten Heizgerät, einer Energiequelle zur Betätigung des Heizgerätes, einer ersten
Meßeinrichtung zum Messen des Dampfdrucks des das öl berührenden Kältemittels, einer zweiten, aus
einem geschlossenen thermischen System gebildeten Meßeinrichtung zur Abgabe eines der Temperatür
des Öls entsprechenden Dampfdrucksignals und einer Steuereinrichtung, die aus einem auf diese
Druckdifferenz ansprechenden Druckschalter besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung
(25,31,39,40) der Energiequelle (41,45) des
Heizgerätes (21) zugeordnet ist und bei Übersteigen des vorgegebenen Meßunterschiedes das Heizgerät
mit der Energiequelle verbindet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die erste Meßeinrichtung (30,31,
33) zum Messen des Kältemittel-Dampfdrucks aus einem geschlossenen thermischen System besteht,
das mit dem Kältemittel, insbesondere R-12, teilgefüllt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite, die Schmieröltemperatur
messende thermische System (23,25,27) mit Äthylchlorid teilgefüllt ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |