DE4019060A1 - Verfahren und vorrichtung zum verhindern eines kompressorversagens aufgrund von schmiermittelverlust - Google Patents

Description

Während des Abschaltens von Kompressoren findet ein Ansam­ meln von Kühlmitteln und Absorption im Ölsumpf oder Kur­ belgehäuse statt und dadurch verdünnt sich das Schmieröl, was zu einer Kühlmittel- und Ölmischung führt. Das Kühl­ mittel sammelt sich in dem Kompressor, weil er am tiefsten Punkt in dem System ist, aufgrund des thermischen Gradien­ ten in dem System und wegen der Affinität von Halogenkoh­ lenwasserstoffkühlmittel für Öl. Unter normalen Arbeitsbe­ dingungen, zirkuliert einiges Öl mit dem Kühlmittel und wird zu dem Kompressorsumpf während des fortlaufenden Be­ triebes zurückgeführt. In dem Fall eines niedrigseitigen Ölsumpfes gibt es ein heftiges Schäumen, welches nach dem Anlauf aufgrund des Druckabfalles stattfindet und dieses erzeugt eine hohe Ölzirkulationsrate zu dieser Zeit.

Niedrige Konzentrationen von Kühlmittel in dem Kompressor­ öl beim Anlauf sind wesentlich für eine lange Kompressor- und Motorlebensdauer und zufriedenstellendem Betrieb. Der Kompressor wird beim Abschalten von dem System isoliert, durch das Kompressorauslaßventil am Auslaß des Zylinders und ein Solenoidventil in der Flüssigkeitsleitung. Kühl­ mittel wird beim Abschalten aus der tiefen Seite des Systems gepumpt. Ein einzelnes Auspumpen beim Schließen des Flüssigkeitsleitungs-Solenoidventils beim Abschalten kann benutzt werden oder das Auspumpen kann automatisch während des Abschaltens wiederholt werden, wenn der Druck auf der niedrigeren Seite ansteigt. Wiederholtes oder kon­ tinuierliches Auspumpen kann ein bedeutsames Pumpen von Öl bewirken, welches wegen des kurzen Pumpzyklus nicht zu dem Kompressor zurückkehrt. Um das Herauspumpen des gesam­ ten Öls zu verhindern, wird oft ein Ölsicherheitsschalter verwendet, um den Kompressor zu sperren, wenn eine unzu­ reichende Menge von Öl vorliegt. Die Benutzung eines Öl­ sicherheitsschalters stellt keine vollständige Lösung zur Verfügung, weil er beim Anlassen umgangen werden muß und wenn das System die Drucke verändert.

Auch sind sie unzuverlässig in dem Sinne, daß sie Gegen­ stand von Störabschaltungen sind, und kostspielig.

Es gibt eine Anzahl von Situationen, in denen Kompressor­ betrieb als eine Folge kurzer Zyklen stattfinden wird, mit dem Potential, das Auspumpen des Öls aus dem Kompressor zu begründen. Erstens, wenn es ein Kühlmittelleck des Systems gibt und einen teilweisen Verlust der Kühlmittelladung, dann wird eine wiederholte Öffnung des Niederdruckschal­ ters mit einem Wiederstarten oder Zurücksetzen stattfin­ den, da ja der Thermostat unbefriedigt bleiben wird. Zwei­ tens, wenn das System für eine ausgedehnte Zeit untätig ist, aber ein periodisches Auspumpen zum Trockenhalten des Kompressors stattfindet. Drittens, wenn es ein Ventilleck gibt und der Kompressor schnell umläuft, um den Kompressor trocken zu halten.

In einem Kühlsystem, welches einen Niederdruckschalter als eine Betriebssteuerung benutzt, um den Kompressorschütz in einer kontinuierlichen Auspumpanwendung zu erregen, aber die nicht einen Ölsicherheitsschalter verwendet, ist es wünschenswert, gegen Ölverlust zu schützen. Ein Ölverlust kann auftreten aufgrund eines Versagens in einer anderen Erscheinungsform oder aufgrund Untätigkeit für einen län­ geren Zeitabstand, wodurch Öl aus dem Kompressor herausge­ pumpt wird.

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern des Kompressorversagens auf­ grund der die meist üblichen Ereignisse, die in einem Aus­ pumpen des Öls aus dem Kompressor resultieren, zur Verfü­ gung zu stellen.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein System zur Verfügung zu stellen, welches auf wiederholte kurze Umläu­ fe eines Kompressors reagiert.

Es ist ein zusätzliches Ziel dieser Erfindung, ein fort­ währendes Auspumpen zu ermöglichen, während der Kompressor vor vorrangigen Ereignissen die Ölverlust verursachen, ge­ schützt ist. Diese Ziele und andere werden nachfolgend ebenso ersichtlich, werden von der vorliegenden Erfindung erreicht.

Grundsätzlich wird, in einem Kühlsystem mit einer Steue­ rung auf Mikroprozessorbasis, der Kompressor für eine aus­ reichende Zeit abgesperrt oder das System betrieben, ab­ hängig davon, welches eine geeignete Abhilfe für die ge­ messene Situation ist.

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Er­ findung sollte nun Bezug auf die folgende, detaillierte Beschreibung davon in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden, worin:

Fig. 1 eine schematische Abbildung eines Kühlsystemes ist;

Fig. 2 eine schematische Abbildung des elektrischen Schalt­ kreises zum Steuern des Fig. 1-Systems ist; und

Fig. 3 ein Flußdiagramm ist, welches die Schritte zum Er­ fassen der primären Gründe für das Ölauspumpen und das Abschalten des Kompressors zum Verhindern eines Defektes aufgrund Schmiermittelverlustes zeigt.

In der Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 10 allgemein ein Kühl­ system mit einem Kühlkreislauf, der in Serie die vier Grundelemente enthält, die nämlich sind, ein Kompressor 12, ein Kondensator 14, eine thermische Ausdehnungsein­ richtung 18 und ein Verdampfer 20. Zusätzlich ist ein So­ lenoidventil 16 für Flüssigkeitsleitungen in der Kühlmit­ telleitung zwischen dem Kondensator 14 und der thermischen Ausdehnungseinrichtung 18 angeordnet und ein Rückschlag­ ventil 22 ist in der Ausströmleitung zwischen dem Kompres­ sor 12 und dem Kondensator 14 angeordnet. Es sollte beach­ tet werden, daß das Rückschlagventil 22 verschieden von und stromabwärts von den Ausström-Zungenventilen (nicht dargestellt) des Kompressors 12 ist und das seine Gegen­ wart vorgezogen wird, obwohl die Zungenventile eine Rück­ schlagventilfunktion erfüllen. Wenn das Kühlsystem 10 nicht in Betrieb ist, sollen das Flüssigkeitsleitungs-So­ lenoidventil 16 und das Rückschlagventil 22 das flüssige Kühlmittel in dem Kondensator 14 isolieren. Der Betrieb des Kompressors 12, und dadurch des Systems 10, spricht auf den Thermostat 40 an, wegen der Kompressorsteuerein­ heit 30, die einen Mikroprozessor (nicht dargestellt) ent­ hält und wirkend mit dem Kompressor 12 und dem Flüssig­ keitsleitungs-Solenoidventil 16 sowie Kompressorschutzein­ richtungen wie einem Niederdruckfühler 50 verbunden ist, der auf den Druck des Kühlmittels anspricht, welches dem Kompressor 12 zugeführt wird.

Im Betrieb des Kühlsystemes 10 liefert der Kompressor 12 Kühlmittelgas bei einer hohen Temperatur und Druck an den Kondensator 14, wo das Kühlmittel Wärme abgibt und konden­ siert. Das flüssige Kühlmittel passiert durch das offene Flüssigkeitsleitungs-Solenoidventil 16 zu der thermischen Ausdehnungseinrichtung 18. Das durch die thermische Aus­ dehnungseinrichtung passierende flüssige Kühlmittel ist teilweise verdampf und strömt zu dem Verdampfer 20, wo das restliche flüssige Kühlmittel Wärme aufnimmt und verdampft. Das gasförmige Kühlmittel kehrt zu dem Kompressor 12 zu­ rück, um den Kreislauf zu vervollständigen. Wenn dort ein niedriger Druck in der Rückleitung zu dem Kompressor 12 vorliegt, wird der Kompressor 12 von der Kompressorsteuer­ einheit 30 außer Betrieb gesetzt, die auf den niedrigen Druck anspricht, der von dem Niederdrucksensor 50 gefühlt wird. Wenn der Kompressor 12 nicht läuft, wird das Flüs­ sigkeitsleitungs-Solenoid 16 nicht angetrieben und ge­ schlossen sein und wird mit dem Rückschlagventil 22 zu­ sammenarbeiten, falls vorhanden, oder mit den Auslaß-Zun­ genventilen, um flüssiges Kühlmittel in dem Kondensator zu isolieren.

Bezugnehmend auf Fig. 2, wenn der Thermostat 40 nach Küh­ lang verlangt, schließen sich seine Kontakte 40-1, wodurch eine elektrischer Schaltkreis zwischen den Zuleitungen L₁ und L₂ mit der Solenoidspule 16-1 des normalerweise ge­ schlossenen Solenoidventils 16 vervollständigt wird, wo­ durch die Erregung der Solenoidspule 16-1 und die Öffnung des Flüssigkeitsleitungs-Solenoidventils 16 bewirkt wer­ den. Mit offenem Ventil 16 ist das flüssige Kühlmittel nicht länger in dem Kondensator 14 gefangen und es gibt eine Zunahme des Druckes in dem System 10 und die Kontakte 50-1 des Niederdruckfühlers 50 schließen. Mit geschlosse­ nen Kontakten des Niederdruckfühlers 50 wird der Kompres­ sorschütz 12-1 erregt und der Kompressor 12 läuft.

Wenn der Thermostat 40 zufriedengestellt ist, öffnen sich seine Kontakte 40-1, wodurch sie das Inaktivieren der Spule 16-1 und das Schließen des Flüssigkeitsleitungs-So­ lenoidventils 16 bewirken. Der Kompressorschütz 12-1 bleibt erregt und der Kompressor 12 fährt zu laufen fort und pumpt den Abschnitt des Systems stromabwärts des Flüs­ sigkeitsleitungs-Solenoidventils 16 leer. Der Kompressor 12 fährt zu laufen fort, bis der Systemdruck gemessen durch den Niederdruckfühler 50 ausreichend fällt, wodurch das Öffnen der Kontakte 50-1 des Niederdruckfühlers 50 und dadurch das Anhalten des Kompressors 12 bewirkt wird.

Das oben beschriebene System kann Gegenstand eines Defek­ tes aufgrund des Herauspumpens von dem Öl im Kompressor 12 sein. Ein möglicher Grund für einen solchen Defekt in ei­ nem herkömmlichen System schließt ein:

I - System Kühlmittelleck.

Wenn es ein Verlangen nach Kühlung gibt, schließen die Thermostatkontakte 40-1, wodurch das Flüssigkeitsleitungs- Solenoidventil 16 aktiviert und geöffnet wird. Der Kom­ pressor 12 läuft kurz um, wegen der Öffnung der Kontakte 50-1 des Niederdruckfühlers 50. Wie oben beschrieben, pumpt ein kurzer Umlauf eine relativ große Menge von Öl. Weil die Thermostatkontakte 40-1 geschlossen bleiben, bleibt die Solenoidspule 16-1 des Flüssigkeitsleitungs-So­ lenoidventils 16 aktiviert und der Kompressor 12 läuft kurz um, jedesmal wenn die Kontakte 50-1 des Niederdruck­ fühlers 50 schließen. Das kann weiter gehen, bis der Kompressor 12 sein gesamtes Öl herauspumpt und versagt.

II - System für einen ausgedehnten Zeitraum außer Betrieb.

Wenn das System 10 so betrieben wird, daß der Kompressor 12 periodisch in einem kurzen Zyklus mit geschlossenem Flüssigkeitsleitungs-Solenoidventil 16 zum Trockenhalten des Systems betrieben wird, kann der Kompressor 12 versa­ gen, aufgrund des Herauspumpens seines Öls, wenn das System 10 für einen ausgedehnten Zeitabschnitt relativ zu den periodischen Zyklen des Herauspumpens außer Betrieb ist.

III - Ventilleck.

Wenn entweder die Rückschlagventilanordnung gebildet von dem Zungenventil allein oder in Kombination mit dem Rück­ schlagventil 22 oder dem Flüssigkeitsleitungs-Solenoidven­ til 16 leckt, werden sich die Kontakte 50-1 des Nieder­ druckschalters 50 beim Aufbau eines ausreichenden Druckes schließen, wodurch der Kompressor 12 gestartet wird, ob­ wohl das Flüssigkeitsleitungs-Solenoidventil 16 geschlos­ sen bleibt. In Abhängigkeit von der Leckrate wird der Kom­ pressor 12 kurz in einem entsprechenden Verhältnis umlau­ fen und sein Öl herauspumpen.

Um das Herauspumpen des Öls aus dem Kompressor 12 aufgrund kurzen Umlaufens zu verhindern, werden der Zustand des Solenoids des Flüssigkeitsleitungs-Solenoidventils 16 und der Niederdruckfühlerkontakte 50-1 gefühlt. Wenn die Sole­ noidspule 16-1 des Flüssigkeitsleitungs-Solenoidventils 16 aktiviert ist, was bedeutet, daß der Thermostat 40 nach Kühlung verlangt, jedoch die Niederdruckfühlerkontakte 50- 1 offen sind, dann wird der Kompressor 12 abgeschaltet, weil ungenügendes Kühlmittel in dem System ist und die ist meistens infolge eines Lecks. Die Zahl von Kompressorum­ läufen wird verfolgt. Wenn es X-Zyklen gibt, z.B. 100, vom Auspumpen, um das System trocken zu halten ohne ein Verlangen nach Kühlung, dann ist die Solenoidspule 16-1 des Flüssigkeitsleitungs-Solenoidventils 16 für Y-Minuten aktiviert, z.B. 10, um dem Öl zu erlauben, zu dem Kompres­ sor 12 mit dem Kühlmittel zurückzukehren. Das Umlaufen ohne ein Verlangen nach Kühlung kann durch Schließen der Kontakte 40-1 oder durch Zeitmessung der Zykluslängen be­ stimmt werden, z.B. weniger als 2 Minuten. Die Frequenz der Umläufe wird auch verfolgt, so daß, wenn da mehr als R Umläufe sind, z.B. 3, in S-Minuten, z.B. 60, der Kompres­ sor abgeschaltet wird, weil ein Leck im Ventil 16 oder 22 ist.

Die Schritte um Überwachen der Kompressoraktivität um Aus­ pumpen des Öls zu verhindern, sind in der Fig. 3 darge­ stellt. Wie durch Block 100 gezeigt ist, ist die Anfangs­ bestimmung, ob der Thermostat 40 nach Kühlung verlangt, wel­ ches das Äquivalent der Bestimmung ist, ob der Solenoid von Spule 16-1 des Flüssigkeitsleitungs-Solenoidventils 16 aktiviert ist und das Ventil 16 offen ist. Wenn der Ther­ mostat 40 nicht nach Kühlung verlangt, dann wird die Zahl der Kompressorumläufe gezählt, wie durch Block 105 ange­ geben. Wenn X-Zyklen gezählt worden sind, wie durch Block 110 angegeben, dann wird das Flüssigkeitsleitungs-Solenoid­ ventil 16 für "Y" Minuten geöffnet, wie durch Block 115 angegeben ist, um dem System zu erlauben, das Öl zum Kom­ pressor 12 zurückzuführen, weil das Öffnen des Flüssig­ keitsleitungs-Solenoidventils 16 einen Druckaufbau bewir­ ken wird, der zu einem Schließen der Kontakte 50-1 und dem Starten des Kompressors 12 führt. Der Kompressor 12 wird fortfahren zu laufen, bis das Ventil 16 schließt und das System stromab von Ventil 16 ausgepumpt ist, wodurch das Öffnen der Kontakte 50-1 und das Anhalten des Kompressors 12 verursacht werden. Wie durch Block 120 angegeben wird, werden R Umläufe gezählt und der Zeitabschnitt für R Um­ läufe wird bestimmt, wie in Block 125 angegeben und wenn R Umläufe in S Minuten oder weniger stattgefunden haben, wird der Kompressor 12 abgeschaltet, wie durch Block 130 angegeben ist, weil das offenbar ein Ventilleck ist. Wenn R Umläufe in weniger als S Minuten stattgefunden haben, dann wird der Zähler von Block 120 zurückgesetzt, durch entweder Eliminieren des frühesten Umlaufes oder durch Zurücksetzen auf Null. Wenn der Thermostat 40 nach Kühlung verlangt, wie durch Block 100 angegeben ist, dann wird der Kompressorumlaufzähler von Block 105 auf Null zurückge­ setzt und, wie durch Block 135 angezeigt ist, die Lage der Kontakte 50-1 des Druckfühlers 50 werden bestimmt. Wenn die Kontakte 50-1 geöffnet sind, dann wird der Kompressor 12 abgeschaltet, wie durch Block 130 angezeigt, weil da ein offensichtliches Kühlmittelleck des Systems ist.

Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform veranschaulicht und beschrieben worden ist, werden den Fachleuten andere Ab­ wandlungen einfallen. Es ist deshalb beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung nur durch den Umfang der anhängenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Verhindern eines Kompressorversagens aufgrund Verlustes von Schmiermittel in einem Kühl­ system, welches auf ein Thermostatmittel (40) anspre­ chend arbeitet und in Serie Kompressionsmittel (12), Kondensatormittel (14), thermische Ausdehnungsmittel (18) und ein Verdampfermittel (20) enthält, wobei die Verbesserung Ventilmittel (16) umfaßt, die in dem System zwischen dem Kondensatormittel und dem thermi­ schen Ausdehnungsmittel angeordnet sind, Mittel (50) zum Fühlen des Druckes in dem System an einem Ort zwi­ schen dem Verdampfermittel und dem Kompressormittel, Steuerkreismittel (30), welche Mittel zum Zählen der Kompressorarbeitsspiele enthalten und wirkend mit den Thermostatmitteln, den Kompressormitteln, den Ventil­ mitteln und den Fühlermitteln verbunden sind, wodurch der Kompressor abgeschlossen wird, wenn das Thermostat­ mittel nach Kühlung verlangt und das Fühlermittel einen zu niedrigen Druck fühlt, und das Ventilmittel eine vorbestimmte Zeit geöffnet wird, dadurch Betrieb des Kompressormittels verursachend, wenn eine vorbestimmte Zahl von Kompressorarbeitszyklen stattgefunden hat, oh­ ne daß die Thermostatmittel nach Kühlung verlangen.

2. Die Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerkreismittel weiterhin Mittel zur Messung der Frequenz des Kompressorarbeitszyklus enthält, wo­ durch das Kompressormittel abgesperrt ist, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Kompressorarbeitszyklen inner­ halb einer bestimmten Zeit vorliegt.

3. Ein Verfahren zum Verhindern eines Kompressordefektes aufgrund Verlustes von Schmiermittel in einem Kühlungs­ system, welches auf ein Thermostatmittel ansprechend arbeitet und in Serie Kompressormittel, Kondensator­ mittel, Flüssigkeitsleitungs-Ventilmittel, thermische Ausdehnungsmittel und Verdampfermittel enthält, umfas­ send die folgenden Schritte: Auspumpen des Kompressor­ mittels am Ende eines jeden Kompressorarbeitszyklus, Fühlen des Druckes an einem Punkt zwischen dem Verdamp­ fermittel und dem Kompressormittel, Bestimmen, ob der Kompressorarbeitszyklus ansprechend auf das Thermostat­ mittel war und, falls nicht, Bestimmen, ob ein niedri­ ger Druck gefühlt wird, und, wenn ein niedriger Druck gefühlt wird und der Kompressorarbeitszyklus nicht an­ sprechend auf das Thermostatmittel war, Absperren des Kompressormittels.

4. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, enthaltend die weiteren Schritte: Zählen der Zahl von Kompressorarbeitszyklen, Zurücksetzen der Zahl von Kompressorzyklen jedesmal, wenn das Thermostatmittel Kühlung verlangt, wobei jedes­ mal wenn eine vorbestimmte Zahl von Zyklen gezählt wor­ den ist, das Flüssigkeitsleitungs-Ventilmittel für ei­ nen vorbestimmten Zeitabstand geöffnet wird.

5. Das Verfahren von Anspruch 3, außerdem enthaltend die Schritte: Zählen der Zahl von Kompressorarbeitszyklen, Messung der Frequenz der Kompressorzyklen und Absperren des Kompressormittels, wenn eine vorbestimmte Zahl von Kompressorzyklen innerhalb einer vorbestimmten Zahl von Kompressorzyklen innerhalb eines vorbestimmten Zeitab­ schnittes vorliegen.

6. Das Verfahren nach Anspruch 4, außerdem enthaltend die Schritte: Messung der Frequenz der Kompressorzyklen und Absperren der Kompressormittel, wenn eine vorbestimmte Zahl von Kompressorzyklen innerhalb einer vorbestimmten Zeit vorliegen.