DE4019060C2

DE4019060C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Schutze eines Kompressors in einem Kühlsystem vor Schmiermittelverlust

Info

Publication number: DE4019060C2
Application number: DE4019060A
Authority: DE
Inventors: Russell Ernest Wood
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1989-08-18
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2010-06-16
Also published as: FR2651034A1; KR910005010A; JPH03110357A; DE4019060A1; MX171159B; US4966013A; JPH0730961B2; KR970009349B1; FR2651034B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Während des Abschaltens von Kompressoren findet ein Ansammeln von Kühlmitteln und Absorption im Ölsumpf oder Kurbelgehäuse statt und dadurch verdünnt sich das Schmieröl, was zu einer Kältemittel- und Ölmischung führt. Das Kühlmittel sammelt sich in dem Kompressor, weil er am tiefsten Punkt in dem System ist, aufgrund des thermischen Gradienten in dem System und wegen der Affinität von Halogenkohlenwasserstoffkühlmittel für Öl. Unter normalen Arbeitsbedingungen zirkuliert einiges Öl mit dem Kältemittel, und wird zu dem Kompressorsumpf während des fortlaufenden Betriebes zurückgeführt. In dem Fall eines niederdruckseitigen 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 Kältemittel im Kompressoröl beim Anlauf sind wesentlich für eine lange Kompressor- und Motorlebensdauer und zufriedenstellenden Betrieb. Der Kompressor wird beim Abschalten vom System isoliert durch das Kompressorauslaßventil am Auslaß des Zylinders und ein Magnetventil in der Flüssigkeitsleitung. Kältemittel wird beim Abschalten aus der Niederdruck-Seite des Systems gepumpt. Ein separates Auspumpen beim Schließen des Ventils beim Abschalten kann durchgeführt oder das Auspumpen kann automatisch während des Abschaltens wiederholt werden, wenn der Druck auf der Niederdruck-Seite ansteigt. Wiederholtes oder kontinuierliches Auspumpen kann ein bedeutsames Pumpen von Öl bewirken, welches wegen des kurzen Pumpzyklus nicht zum Kompressor zurückkehrt. Um das Herauspumpen des gesamten Öls zu verhindern, wird oft ein Ölsicherheitsschalter verwendet, um den Kompressor zu sperren, wenn eine unzureichende Menge von Öl vorliegt. Die Benutzung eines Ölsicherheitsschalters stellt keine vollständige Lösung zur Verfügung, weil er beim Anlassen umgangen werden muß und wenn das System die Drucke verändert.

Die Erfindung geht von einem bekannten Verfahren aus (US 3,796,062), bei dem insofern ein Schmiermittelverlust im Kompressor beim Abschalten vermieden wird, als der Kompressor am Ende jedes Arbeitsspiels eingeschaltet bleibt, bis nach Schließen des Magnetventils der Druck zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor auf einen niedrigen Wert absinkt. Ferner ist eine Schutzvorrichtung für einen Kompressor für die Klimaanlage eines Fahrzeugs bekannt (US 4,463,573), bei dem der Kompressor abgeschaltet wird, wenn ein Schalter eine zu geringe Kältemittelmenge anzeigt. Andererseits ist es bekannt (DE 32 24 385 A1), beim Abschalten der Anlage die Kältemitteleinspeisung in den Verdampfer zu sperren, wobei der Kompressor weiterläuft und das Kältemittel aus dem Verdampfer abpumpt. Dann erst wird der Kompressor abgeschaltet und das im Verdampfer angesammelte Öl zum Kompressor zurückgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, den in einem Kompressor bei dessen Abschalten auftretenden Schmiermittelverlust mit Sicherheit zu verhindern.

Die genannte Aufgabe ist bei dem Verfahren der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Kompressor nicht nur abgeschaltet, wenn das Magnetventil in der Kältemittelleitung geöffnet wird, der Thermostat also Kühlbedarf anfordert und ein niedriger Druck gemessen wird, was anzeigt, daß ein Leck im System vorhanden ist, sondern auch dann abgeschaltet wird, wenn das Magnetventil geschlossen ist, also ein Kühlbedarf vorliegt, aber beispielsweise infolge eines defekten Magnetventils oder anderer Ursachen ein Pumpen des Kompressors auftritt, d. h., daß durch einen Druckanstieg am Druckfühler verursacht der Kompressor auch bei geschlossenem Magnetventil eingeschaltet wird, gefolgt von einem Abschalten nach dem Absinken des Druckes. Dieser Vorgang kann sich wiederholen und führt zu einer Anzahl von Arbeitsspielen des Kompressors und einen entsprechenden Schmiermittelverlust. Dabei wird die Zahl der Arbeitsspiele des Kompressors gezählt und nach Erreichen einer bestimmten Anzahl wird das Magnetventil kurzzeitig geöffnet, um den Rücklauf von Schmieröl in den Kompressor zu gestatten. Erfindungsgemäß reagiert somit die Anlage auf wiederholte kurze Arbeitsspiele des Kompressors.

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

Fig. 1 eine schematische Abbildung eines Kühlsystems ist;

Fig. 2 eine schematische Abbildung des elektrischen Schaltkreises zum Steuern des Fig. 1-Systems ist, und

Fig. 3 ein Flußdiagramm ist, welches die Schritte zum Erfassen 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 Kühlsystem mit einem Kühlkreislauf, der in Serie die vier Grundelemente enthält: einen Kompressor 12, einen Kondensator 14, ein Expansionsventil 18 und einen Verdampfer 20. Zusätzlich ist ein Ventil 16 (Magnetventil) für Flüssigkeitsleitungen in der Kältemittelleitung zwischen dem Kondensator 14 und dem Expansionsventil 18 angeordnet und ein Rückschlagventil 22 ist in der Ausströmleitung zwischen dem Kompressor 12 und dem Kondensator 14 angeordnet. Es sollte beachtet werden, daß das Rückschlagventil 22 getrennt und stromab der Ausström-Reedventile (nicht dargestellt) des Kompressors 12 angeordnet ist und daß sein Einbau vorgezogen wird, obwohl die Zungenventile eine Rückschlagventilfunktion erfüllen. Wenn das Kühlsystem 10 nicht in Betrieb ist, sollen das Ventil 16 und das Rückschlagventil 22 das flüssige Kältemittel in dem Kondensator 14 isolieren. Der Kompressor 12, und dadurch das System 10, spricht auf den Thermostat 40 an, und eine Kompressorsteuereinheit 30, die einen Mikroprozessor (nicht dargestellt) enthält und steuert den Kompressor 12 und das Ventil 16 sowie Kompressorschutzeinrichtungen wie einen Niederdruckfühler 50, der auf den Druck des Kältemittels anspricht, welches dem Kompressor 12 zugeführt wird.

Im Betrieb liefert der Kompressor 12 Kältemittelgas mit einer hohen Temperatur und Druck an den Kondensator 14, wo das Kältemittel Wärme abgibt und kondensiert. Das flüssige Kältemittel passiert das offene Ventil 16 zu dem Expansionsventil 18. Das flüssige Kältemittel ist teilweise verdampft und strömt zu dem Verdampfer 20, wo das restliche flüssige Kältemittel Wärme aufnimmt und verdampft. Das gasförmige Kältemittel kehrt zum Kompressor 12 zurück, um den Kreislauf zu schließen. Wenn ein niedriger Druck in der Rückleitung zu dem Kompressor 12 vorliegt, wird der Kompressor 12 von der Kompressorsteuereinheit 30 außer Betrieb gesetzt, die auf den niedrigen Druck anspricht, der von dem Niederdrucksensor 50 erfaßt wird. Wenn der Kompressor 12 nicht läuft, wird das Ventil 16 nicht betätigt und geschlossen sein und wird mit dem Rückschlagventil 22 zusammenarbeiten, falls vorhanden, oder mit den Auslaß- Reedventilen, um flüssiges Kältemittel in dem Kondensator zu isolieren.

Bezugnehmend auf Fig. 2, wenn der Thermostat 40 nach Kühlung verlangt, schließen sich seine Kontakte 40-1, wodurch ein elektrischer Schaltkreis zwischen den Zuleitungen L₁ und L₂ mit der Spule 16-1 des normalerweise geschlossenen Ventils 16 vervollständigt wird, wodurch die Erregung der Spule 16-1 und die Öffnung des Ventils 16 bewirkt werden. Mit offenem Ventil 16 ist das flüssige Kältemittel 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 geschlossenen Kontakten des Niederdruckfühlers 50 wird der Kompressorschütz 12-1 erregt und der Kompressor 12 läuft.

Wenn der Thermostat 40 abschaltet, öffnen sich seine Kontakte 40-1, wodurch sie das Inaktivieren der Spule 16-1 und das Schließen des Ventils 16 bewirken. Der Kompressorschütz 12-1 bleibt erregt und der Kompressor 12 fährt zu laufen fort und pumpt den Abschnitt des Systems stromab des Ventils 16 leer. Der Kompressor 12 fährt zu laufen fort, bis der Systemdruck, gemessen am Niederdruckfühler 50, ausreichend abfällt, wodurch das Öffnen der Kontakte 50-1 des Niederdruckfühlers 50 und dadurch das Abschalten des Kompressors 12 bewirkt wird.

Beim oben beschriebenen System kann ein Defekt aufgrund des Herauspumpens von Öl im Kompressor 12 auftreten. Ein möglicher Grund für einen solchen Defekt in einem herkömmlichen System schließt ein:

I - System Kältemittelleck

Wenn es Kühlbedarf gibt, schließen die Thermostatkontakte 40-1, wodurch das Ventil 16 aktiviert und geöffnet wird. Der Kompressor 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 Spule 16-1 des Ventils 16 aktiviert und der Kompressor 12 läuft kurz um, jedesmal wenn die Kontakte 50-1 des Niederdruckfühlers 50 schließen. Dies kann so weit gehen, bis der Kompressor 12 sein gesamtes Öl herauspumpt und versagt.

II - System für einen längeren Zeitraum außer Betrieb

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

III - Ventilleck

Wenn entweder die Rückschlagventilanordnung, gebildet von dem Reedventil allein, oder in Kombination mit dem Rückschlagventil 22 oder dem Ventil 16 leckt, werden sich die Kontakte 50-1 des Niederdruckschalters 50 beim Aufbau eines ausreichenden Druckes schließen, wodurch der Kompressor 12 gestartet wird, obwohl das Ventil 16 geschlossen bleibt. In Abhängigkeit von der Leckrate wird der Kompressor 12 kurz in einem entsprechenden Verhältnis umlaufen und sein Öl herauspumpen.

Um das Herauspumpen des Öls aus dem Kompressor 12 aufgrund kurzen Umlaufens zu verhindern, werden der Zustand des Ventils 16 und der Niederdruckfühlerkontakte 50-1 abgefühlt. Wenn die Spule 16-1 des Ventils 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 nicht genügend Kältemittel im System ist, meistens infolge eines Lecks. Die Zahl der Kompressorarbeitsspiele wird gezählt. Wenn zum Auspumpen X-Arbeitsspiele, z. B. 100, notwendig sind, um das System trocken zu halten ohne Kühlbedarf, dann ist die Spule 16-1 des Ventils 16 für Y-Minuten aktiviert, z. B. 10, um dem Öl zu erlauben, zum Kompressor 12 zurückzukehren. Das Umlaufen ohne Kühlbedarf kann durch Schließen der Kontakte 40-1 oder durch Zeitmessung der Arbeitsspiellängen bestimmt werden, z. B. weniger als 2 Minuten. Die Frequenz der Arbeitsspiele wird auch erfaßt, so daß wenn es mehr als R Umläufe, z. B. 3, in S-Minuten, z. B. 60, sind, der Kompressor abgeschaltet wird, weil ein Leck im Ventil 16 oder 22 aufgetreten ist.

Die Schritte zum Überwachen des Kompressorbetriebes, um ein Auspumpen des Öls zu verhindern, sind in der Fig. 3 dargestellt. Wie durch Block 100 gezeigt ist, ist die Anfangsbestimmung, ob der Thermostat 40 Kühlung anfordert, also, ob die Spule 16-1 des Ventils 16 aktiviert ist und das Ventil 16 offen ist. Wenn der Thermostat 40 nicht nach Kühlung verlangt, dann wird die Zahl der Kompressorarbeitsspiele gezählt, wie im Block 105 angegeben. Wenn X-Arbeitsspiele gezählt worden sind, wie durch Block 110 angegeben, dann wird das Ventil 16 für "Y" Minuten geöffnet, wie durch Block 115 angegeben ist, um dem System zu erlauben, das Öl zum Kompressor 12 zurückzuführen, weil das Öffnen des Ventils 16 einen Druckaufbau bewirken 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 Arbeitsspiele gezählt und der Zeitabschnitt für R Arbeitsspiele wird bestimmt, wie in Block 125 angegeben und wenn R Arbeitsspiele in S Minuten oder weniger stattgefunden haben, wird der Kompressor 12 abgeschaltet, wie durch Block 130 angegeben ist, da dies auf ein Ventilleck hinweist. Wenn R Arbeitsspiele in weniger als S Minuten stattgefunden haben, dann wird der Zähler von Block 120 zurückgesetzt, entweder durch 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 Zähler im Block 105 auf Null zurückgesetzt und, wie durch Block 135 angezeigt ist, die Lage der Kontakte 50-1 des Druckfühlers 50 wird bestimmt. Wenn die Kontakte 50-1 geöffnet sind, dann wird der Kompressor 12 abgeschaltet, wie durch Block 130 angezeigt, da offensichtlich ein Kältemittelleck im System vorliegt.

Claims

1. Verfahren zum Schutze eines Kompressors in einem Kühlsystem vor Schmiermittelverlust, mit einem Kompressor, einem Kondensator, einem von einem Thermostaten abhängig vom Kühlbedarf gesteuerten Magnetventil, einem Expansionsventil, einem Verdampfer und einem Druckfühler in dieser Reihenfolge, wobei der Kompressor am Ende jedes Arbeitsspiels eingeschaltet bleibt, bis nach Schließen des Magnetventils der Druck zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor auf einen niedrigen Wert absinkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor abgeschaltet wird, wenn bei geöffnetem Magnetventil (16) ein vorbestimmter niedriger Druck gemessen wird, oder der Kompressor (12) bei geschlossenem Magnetventil (16) abgeschaltet wird, nachdem die Anzahl der Arbeitsspiele des Kompressors gezählt und bei Zählung einer vorbestimmten Anzahl von Arbeitsspielen (X) das Magnetventil (16) für eine vorbestimmte Zeitdauer (Y) geöffnet wurde, wobei die Zählung der Arbeitsspiele jedesmal dann zurückgesetzt wird, wenn das Magnetventil (16) öffnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Kompressorarbeitsspiele festgestellt und der Kompressor abgeschaltet wird, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Kompressorarbeitsspielen (R) innerhalb einer vorbestimmten Zeit (S) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Kompressorarbeitsspiele gemessen und der Kompressor abgeschaltet wird, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit (S) mehrmals eine vorbestimmte Anzahl von Arbeitsspielen (R) erfolgt.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kondensator (14) und dem Expansionsventil (18) ein Magnetventil (16) und zwischen dem Verdampfer (20) und dem Kompressor ein Druckfühler (50) angeordnet ist, mit einer Steuereinrichtung (30), die bei Kühlbedarf das Ventil (16) öffnet und abhängig von dem durch den Druckanstieg betätigten Druckfühler (50) den Kompressor (12) einschaltet, bei Beendigung des Kühlbedarfs das Ventil (16) schließt und den Kompressor beim Ansprechen des Druckfühlers (50) auf einen niedrigen Druck abschaltet, und die das Ventil (16) für eine vorbestimmte Zeit (Y) öffnet und den Kompressor (12) in Betrieb setzt, wenn eine bestimmte Anzahl (X) von Kompressorarbeitsspielen ohne Ansprechen des Thermostaten (40) auf einen Kühlbedarf erfolgt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) die Anzahl der Kompressorarbeitsspiele in einer vorbestimmten Zeiteinheit mißt, und die den Kompressor abschaltet, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit (S) eine vorbestimmte Anzahl von Arbeitsspielen erfolgt.