Ölabscheider schützen den Kompressor

AKKUMULATION: Sobald sich das Öl im Rohrleitungssystem befindet, neigt es dazu, sich an tiefen Stellen innerhalb der Systemrohrleitungen festzusetzen oder anzusammeln. (Mit freundlicher Genehmigung von Pixabay)

Der Schmierstoff in Kühl- und Klimaanlagen hat viele wichtige Funktionen. Auch wenn das zirkulierende Kältemittel das zur Kühlung erforderliche Arbeitsmedium ist, wird das Schmiermittel bzw. Öl zur Schmierung der beweglichen mechanischen Teile des Kompressors benötigt.

Öl minimiert den mechanischen Verschleiß, indem es die Reibung verringert. Öl sorgt außerdem für die Abdichtung zwischen der Hoch- und Niederdruckseite des Kompressors. Ohne ordnungsgemäße Schmierung würden die Ventile, passenden Spiralen, Schrauben und Flügel des Kompressors nicht richtig abdichten. Die Folge wären Kältemitteldrücke auf der Hochdruckseite, die in die Niederdruckseite des Kühlsystems gelangen. Kolbenringe in einem Kolbenkompressor und rotierende Flügel in Zentrifugalkompressoren sind auf das Schmieröl angewiesen, um ein Durchblasen an den Kolben und Flügeln zu verhindern. Öl wirkt außerdem als Geräuschdämpfer im Kompressor und leitet Wärme von beweglichen und rotierenden Teilen im Kompressor ab.

Bei Kälte- und Klimakompressoren, die über eine Ölpumpe am Ende ihrer Kurbelwelle verfügen, wird davon ausgegangen, dass sie über ein Zwangsölsystem verfügen. Die Kurbelwelle ist mit der Ölpumpe verbunden und liefert Strom, der die Ölpumpe antreibt. Die Ölpumpe ist tatsächlich in die Kurbelwelle des Kompressors eingepasst. Ölpumpen drücken Öl durch Bohrlöcher oder Ölkanäle in der Kurbelwelle und fördern es zu Lagern, Pleueln und häufig einem Rohr- und Rippenölkühler.

Ölpumpen können vom Zahnrad- oder Exzentertyp sein. Zahnrad-Ölpumpen verfügen in der Regel über ein Sterngetriebe, das das Öl auf einen höheren Druck drückt. Exzentrische Ölpumpen verwenden einen exzentrischen Mechanismus, um das Öl auch in ein immer kleineres Volumen zu pressen, wodurch der Druck auf das Öl erhöht wird. Dieser zusätzliche Druck wird als Nettoöldruck bezeichnet.

Kleinere HVACR-Kompressoren verfügen normalerweise über eine Art Spritzölsystem. Diese Systeme verfügen möglicherweise über eine Ölschaufel, die das Öl schöpft und durch das Kurbelgehäuse schleudert, wodurch beim Drehen der Kurbelwelle ein Ölnebel entsteht. Sowohl bei kleinen als auch bei großen Systemen tropft das Öl dann in das Kurbelgehäuse, wo es gefiltert und von der Ölpumpe oder dem Spritzmechanismus wieder aufgenommen wird. Unter idealen Bedingungen bleibt das Öl im Kurbelgehäuse des Kompressors; Allerdings herrschen in der Praxis selten ideale Bedingungen, was bedeutet, dass Öl aus dem Kurbelgehäuse des Kompressors austritt und in die Rohrleitungen des Systems gelangt. Dieses ausgetretene Öl muss schließlich in das Kurbelgehäuse des Kompressors zurückgeführt werden, da es sonst zu Systemeinschränkungen, Ausfällen und Ineffizienzen kommt.

Unter normalen Bedingungen tritt immer eine kleine Menge Öl aus dem Kurbelgehäuse eines Kompressors aus und zirkuliert mit dem Kältemittel durch das Rohrleitungssystem. Aus diesem Grund müssen Kältemittelöl und Kältemittel selbst ineinander löslich sein. Es ist die Geschwindigkeit des zirkulierenden Kältemittels, die das Öl zurück zum Kurbelgehäuse des Kompressors befördert. Wenn beide nicht ineinander löslich wären, könnte dieses Phänomen nicht auftreten. Aus diesem Grund sind die Dimensionierung von Leitung, Spule und Ventil entscheidend für die Aufrechterhaltung der für eine ordnungsgemäße Ölrückführung erforderlichen Kältemittelgeschwindigkeit.

Während des Abschaltzyklus eines Kompressors und insbesondere während eines längeren Stillstands möchte das Kältemittel dorthin wandern oder migrieren, wo der Druck am niedrigsten ist. Unter Kältemittelmigration versteht man das flüssige oder dampfförmige Kältemittel, das während des Ausschaltzyklus zur Saugleitung oder zum Kurbelgehäuse des Kompressors wandert.

Im Kurbelgehäuse herrscht aufgrund des enthaltenen Öls meist ein geringerer Druck als im Verdampfer. Kältemittelöl hat einen sehr niedrigen Dampfdruck und Kältemittel fließt dorthin, unabhängig davon, ob es sich im dampfförmigen oder flüssigen Zustand befindet. Wenn das Öl keinen sehr niedrigen Dampfdruck hätte, würde es jedes Mal verdampfen, wenn im Kurbelgehäuse ein Unterdruck herrscht oder wenn am Kurbelgehäuse ein Unterdruck angelegt wird.

Da bei Kältemitteldampf eine Kältemigration auftreten kann, kann die Migration bergauf oder bergab erfolgen. Wenn der Kältemitteldampf das Kurbelgehäuse erreicht, wird er absorbiert und kondensiert im Öl. Sobald dieses Phänomen auftritt, befindet sich das flüssige Kältemittel am Boden des Öls im Kurbelgehäuse, da es schwerer als das Öl ist.

Wenn der Kompressor nach einem langen Aus- oder Abschaltzyklus endlich eingeschaltet oder wieder eingeschaltet wird, führt der plötzliche Druckabfall im Kurbelgehäuse dazu, dass das Öl- und Kältemittelgemisch im Kurbelgehäuse verdampft. Dadurch sinkt der Ölstand im Kurbelgehäuse und mechanische Teile können verkratzt werden. Es entsteht Ölschaum, und eine Kombination aus Öl und Kältemittel kann um die Kolbenringe gepresst und vom Kompressor in das Rohrleitungssystem gepumpt werden. Es kann zu hohem Stromverbrauch, Motorüberhitzung und defekten Ventilen kommen. Außerdem muss das Öl, das aus dem Kurbelgehäuse austritt und in das Rohrleitungssystem gelangt ist, nun zum Kurbelgehäuse des Kompressors zurückgeführt werden, um einen gesunden Ölstand im Kurbelgehäuse aufrechtzuerhalten.

Befindet sich der Kompressor in einer kalten Umgebung, erfolgt die Migration noch schneller, da eine kalte Umgebung einen noch niedrigeren Dampfdruck im Kurbelgehäuse des Kompressors verursacht. Aufgrund des Dampfdruckunterschieds findet sogar eine Migration von einem Saugleitungsspeicher zu einem Kompressor statt.

Sobald sich das Öl im Rohrleitungssystem befindet, neigt es dazu, sich an tiefen Stellen innerhalb der Systemrohrleitungen festzusetzen oder anzusammeln. Ein weiterer beliebter Bereich, in dem sich Öl ansammelt, ist der Verdampfer, da er die kälteste Komponente mit den größten Rohren und damit der langsamsten Kältemittelgeschwindigkeit ist. Im Verdampfer angesammeltes Öl bedeckt die Innenwand der Spule und verringert die Wärmeübertragung durch die Wände, was zu einem Kapazitätsverlust und einer schlechten Leistung führt. Dem Kompressor wird ein Teil seines Kurbelgehäuseöls entzogen und er läuft mit einem niedrigeren als dem normalen Ölstand, was zur Beschädigung mechanischer Teile im Kompressor führen kann.

Öl mit zu hoher Viskosität lässt sich auch nur schwer aus einem Verdampfer zurückführen und führt mit Sicherheit zu Ölablagerungen. Normalerweise erwärmt und verdünnt die Wärme der Abtauheizungen das Öl im Verdampfer, sodass es nach dem Anlaufen des Kompressors zum Kompressor zurückgeführt werden kann. Dies geschieht nur, wenn das Öl die richtige Viskosität (Dicke) verwendet.

Wenn eine Saugleitung überdimensioniert ist, verringert sich die Kältemittelgeschwindigkeit. Dadurch wird verhindert, dass das Öl durch die Saugleitung zum Kurbelgehäuse des Kompressors gelangt. Denken Sie daran, dass es die Kältemittelgeschwindigkeit ist, die das Öl durch die Rohrleitungen des Kühlsystems bewegt. Im Folgenden sind Möglichkeiten aufgeführt, wie ein Verdampfer zu Ölprotokollen führen kann:

Bei Systemen ohne gute oder gar keine Ölabscheider kommt es häufig zu Ölansammlungen in den Rohrleitungen (siehe Abbildung 1). Wie bereits erwähnt, vermischen sich Kältemittel und Öl bei ordnungsgemäßer Verwendung in einer Kühl- oder Klimaanlage, und der feine Ölnebel, der sich mit dem Kältemittel ausbreitet, sammelt sich normalerweise an Tiefpunkten und Steigleitungen in den Rohrleitungen des Systems. Manchmal drückt der Kältemitteldampf diesen Ölpfropfen bis zum nächsten Tiefpunkt, bis das Öl schließlich zum Kompressor zurückkehrt.

ABBILDUNG 1: Systeme ohne gute oder gar keine Ölabscheider weisen überall in den Rohrleitungen Ölansammlungen auf. (Mit freundlicher Genehmigung von John Tomczyk)

Große Ölpfropfen, die zu manchen Kompressoren zurückkehren, können die Ventilplatten und das interne Fahrwerk beschädigen, wenn sich in den Zylindern ein zu hoher Hydraulikdruck aufbaut. Um dies zu verhindern, sind Ölabscheider in den Systemleitungen erforderlich (siehe Abbildung 2). Die Funktion einer Ölfalle besteht darin, die Bildung großer Ölpfropfen zu verhindern. Dies wird erreicht, indem eine kleine Menge Öl in der Falle aufgefangen und nach und nach zum Kompressor zurückgeführt wird.

FIGUR 2: Die Funktion einer Ölfalle besteht darin, die Bildung großer Ölpfropfen zu verhindern. (Mit freundlicher Genehmigung von John Tomczyk)

Wie oben erwähnt, ist es die Geschwindigkeit des Kältemittels, die Öl durch ein Kühl- und Klimaanlagensystem transportiert. Da das Öl an den Seitenwänden der Rohrleitungen haftet, werden durch die Geschwindigkeit des Kältemittelgases kleine Ölpartikel in der Schwebe weggeschwemmt. Aus diesem Grund sollten Kühl- und/oder Klimaanlagenleitungen niemals überdimensioniert werden. Überdimensionierte Rohrleitungen verlangsamen die Kältemittelgeschwindigkeit und führen zu einer schlechten Ölrückführung.

Da sich Öl in der Falle sammelt (Abbildung 2), kommt es zu einer Einschränkung des Rohrinnenbereichs. Dadurch bewegt sich das Kältemittelgas schneller, wenn es an dem in der Falle angesammelten Öl vorbeiströmt. Es ist dieses Kältemittel mit höherer Geschwindigkeit, das winzige Öltröpfchen an der Oberfläche aus der Falle aufnimmt. Die kleinen Öltröpfchen werden dann entweder zum Kompressor oder zur nächsten Ölfalle transportiert. Ölabscheider werden ständig nach und nach mit Öl versorgt und entleert, wodurch Kompressoren vor großen Ölpfropfen geschützt werden. Es wird empfohlen, in allen dampfführenden Leitungen des Systems Ölabscheider anzubringen, um eine ordnungsgemäße Ölrückführung zu gewährleisten.

Vertikale oder nach oben verlaufende Rohrleitungen – Steigleitungen genannt – bewirken, dass das Kältemittel nach oben strömt. Wenn dem Kältemittel Öl beigemischt ist, besteht die Tendenz, dass es auf den Boden des Steigrohrs zurückfällt, da der lange Aufstieg bis zum oberen Ende des Steigrohrs der Schwerkraft entgegenwirkt. Aus diesem Grund sollte sich am unteren Ende des Steigrohrs eine Falle befinden. Außerdem sollte alle 15 bis 20 Fuß des Steigrohrs eine Ölfalle vorhanden sein, um das Öl auf seinem Weg zur Spitze des Steigrohrs vorübergehend zu speichern (siehe Abbildung 3). Dies liegt daran, dass das Kältemittel-Öl-Gemisch beim Aufstieg im Steigrohr allmählich an Geschwindigkeit verliert.

FIGUR 3: Außerdem sollte alle 15 bis 20 Fuß des Steigrohrs eine Ölfalle vorhanden sein, um das Öl auf seinem Weg zur Spitze des Steigrohrs vorübergehend zu speichern. (Mit freundlicher Genehmigung von John Tomczyk)

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].