DE2246541C3

DE2246541C3 - Verfahren und Vorrichttung zum Verhindern einer Beschädigung des Verdichters einer Kompressions-Kältemaschine

Info

Publication number: DE2246541C3
Application number: DE2246541A
Authority: DE
Inventors: James Wadsworth Syracuse Endress; Gordon Lee West Monroe Mount
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1971-09-23
Filing date: 1972-09-22
Publication date: 1979-10-18
Also published as: FR2153429A1; JPS4840038A; DE2246541B2; US3705499A; IT967559B; JPS5232115B2; DE2246541A1; CA960332A

Description

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Die Erfindung betrifft ein 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, 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. Obersteigt der Meßunterschied einen vorbestimmten Bereich, so wird de.-Motor des Verdichters von seiner Energiequelle getrennt, das heißt, die Kältemaschine abgeschaltet, um eine Beschädigung des Verdichters bei dem dann gegebenen zu hohen Kältemitteianteil 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 Kältemitteklruck aufrechterhalten werden. Darüber hinaus kann es zu Oberhitzungen 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 Meßfiuid 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 erfindungsgemaß dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung der Energiequelle des Heizgerätes zugeordnet ist und bei Übersteigen des vorgegebenen Meßanterschiedes 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 Beziehung 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 erfindungsgemäße 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 Kältemitteldrucl. 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 Kältemineldruck 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 ^corm 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 Niedtrdruckseite der Kältemaschine angeschlossen. Jede der beiden thermischen Einrichtungen enthält eine bestimmte Menge eines Meßfluids zur Erzeugung eines veränderlichen Druckes, der eine bestimmte Kraft im

lu System entsprechend dem gemessenen Druck darstellt Die druckempfindlichen Elemente 25, 31 sind

einander gegenüberliegend angeordnet und über 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

.Ό 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

so 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 Schaltkontakt 39 an

r, 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

An 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

r> Behälter. Meßfluide, die zu diesem Zweck besonders geeignet sind, sind das Kältemittel R-12 und Äthylchlorid, wobei das Äthylchlorid in dem thermischen System 23,27,25 verwendet wird. Wenn die Kältemaschine mit dem Kältemittel R-12 betrieben wird, so kann auf den

κι 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 Äthylchlorid gehen

">'i 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 entsprechenden 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 6O⁰C. In anderen Worten, die ι ο öltemperatur ist von 21 °C 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, ι5

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 Betriebsbereiches von 1,17 Bar zu bringen, wird das öl auf eine Temperatur von 95,5°C erhitzt, wie durch den Schnittpunkt 53 der Kurve 55 mit der Äthylchlorid-Kurve 42 wiedergegeben wird.

Wenn die Umgebungstemperatur zunimmt, muß die Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und dem öl erhöht werden. Bei einer Umgebungstemperatur von beispielsweise 21 "C muß das Schmieröl eine Temperatur von 60"C besitzen, was einem Temperaturunterschied von 39°C entspricht Bei einer Umgebungstemperatur von 49°C muß die öltemperatur 95° C betragen, was einer Temperaturdifferenz von 46° C entspricht Die Divergenz zwischen den Kurven 41 und 42 sorgt automatisch für den richtigen Temperaturunterschied zwischen Kältemittel und öl, das heißt den richtigen Unterschied zwischen den Dampfdrücken, um die Absorption des Kältemittels im öl so zu steuern, daß sich ein noch zulässiger Wert der Kältemittelkonzentration ergibt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verhindern einer Beschädigung des Verdichters einer Kompressions-Kältemaschine infolge zu hohen Kältemittelanteils im Schmieröl- s vorrat des Verdichters, bei dem der Dampfdruck des Kältemittels und die Temperatur des Schmieiölvorrats kontinuierlich gemessen werden, aun der gemessenen Schmieröltemperatur ein Daaipftlrucksignal 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 Meßfiuid mit einer solchen Dampfdruck-Temperatur-Charakteristik verwendet wird, daß sich die den jeweiligen öltemperaturen entsprechenden D impfdrücke des Meßfluids um eint, im wesentlichen konstante Druckdifferenz von den Dampfdrücken des Kältemittels unterscheiden, bei denen sich in dem Schmieröl bei diesen Temperaturen eine vorgegebene, noch zulässige Kältemittelkonzuntration 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, Αφ) 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 i<> gekennzeichnet, daß das zweite, die Schmieröltemperatur messende thermische System (23,25,27) mit Äthylchlorid teilgefüllt ist.