Der Verdampfer bestimmt die Effizienz des Kühlsystems

Servicetechniker fragen sich oft, wie die Kühlraumtemperatur einer Kühlanlage so hoch sein kann, wenn die Verdampfertemperatur so kalt ist. Was der Servicetechniker nicht erkennt, ist, dass es davon abhängt, wie aktiv oder voll der Verdampfer mit verdampfendem (phasenwechselndem) Kältemittel ist, den Kühlinhalt oder die Effizienz in jedem Kühlsystem bestimmt. Ein Verdampfer kann sehr kalt, aber bei starker Überhitzung inaktiv sein, wodurch ihm seine Fähigkeit zur Wärmeabsorption genommen wird.

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• Service-Wartung

• Verdampfer

• Überhitzung und Unterkühlung

Im folgenden Beispiel stellt der Servicetechniker eine sehr kalte Verdampfertemperatur bei hoher Kühlraumtemperatur fest. Auch die Überhitzung des Verdampfers ist sehr hoch, sodass das System über einen inaktiven Verdampfer verfügt.

Bei der Analyse eines Systems wird eine Serviceprüfung empfohlen. Daher installiert der Servicetechniker Messgeräte und Thermistoren an einem unterbeladenen, mit R-134a betriebenen Kühlsystemkühler mit geschlossener Tür und mittlerer Temperatur, der einen hochseitigen Flüssigkeitssammler (Kolbentyp) enthält Kompressor und einem TXV als Dosiergerät. Der Techniker erfasst folgende Werte:

Ein niedriger Verdampferdruck von 3,94 Zoll Hg führt zu einer niedrigen Verdampfertemperatur von -20 °F. Beides wird dadurch verursacht, dass dem Kompressor zu wenig Kältemittel zur Verfügung steht. Der Kompressor versucht, Kältemittel in seine Zylinder zu saugen, aber es ist nicht genug Kältemittel vorhanden, um den Bedarf zu decken. Auf der gesamten Unterseite des Systems herrschen niedriger Druck und niedrige Temperaturen. Dieses Szenario verwirrt Servicetechniker oft, da die Verdampfertemperatur so niedrig ist (-20 °F) und die Temperatur im Kühlraum gleichzeitig so warm ist (46 °F).

Die meisten Mitteltemperatur-Kühlsysteme versuchen, die Kühlraumtemperaturen je nach Anwendung zwischen 35 und 37 °F zu halten. Der Servicetechniker muss sich jedoch die Überhitzung des Verdampfers ansehen, um festzustellen, wie aktiv oder voll der Verdampfer mit verdampfendem (phasenwechselndem) Kältemittel ist.

Da dem Verdampfer das Kältemittel aus der Unterfüllung fehlt, kommt es zu hohen Überhitzungen des Verdampfers. In diesem Wartungsszenario beträgt die Überhitzung des Verdampfers 30 °F, was bedeutet, dass dem Verdampfer das Kältemittel fehlt und er nicht sehr aktiv ist (siehe Abbildung 1). Dies wiederum führt zu hohen (Gesamt-)Überhitzungen des Kompressors.

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Abbildung 1:Ein inaktiver Verdampfer mit reichlich Überhitzung.

Die Kompressoraustrittstemperatur von 215 °F ist im Vergleich zu normalen Systemen hoch und wird dadurch verursacht, dass Verdampfer und Kompressor bei hoher Überhitzung und hohen Kompressionsverhältnissen laufen. Erwarten Sie bei Unterladung nicht, dass das TXV die Überhitzung kontrolliert, da das TXV an seinem Eingang möglicherweise eine Kombination aus Dampf und Flüssigkeit sieht. Dem Verdampfer fehlt Kältemittel und die Überhitzung ist hoch. Dadurch überhitzt der Kompressor das Kältemittel mit jedem Kompressionshub noch mehr.

Aufgrund der niedrigen Verdampferdrücke werden auch die Kompressionsverhältnisse erhöht, wodurch das System eine überdurchschnittlich hohe Kompressionswärme erhält. Hohe Verdichtungsverhältnisse führen zu sehr geringen volumetrischen Wirkungsgraden des Systems und verursachen unerwünschte Ineffizienzen bei niedrigen Kältemitteldurchflussraten. Der Kompressor muss Dämpfe mit viel niedrigerem Druck, die aus der Saugleitung kommen, auf den Kondensationsdruck komprimieren, was einen größeren Kompressionsbereich und ein höheres Kompressionsverhältnis erfordert.

Der größere Kompressionsbereich vom niedrigeren Verdampferdruck bis zum Kondensationsdruck verursacht Kompressionsarbeit und erzeugt zusätzliche Kompressionswärme. Diese erhöhte Wärme lässt sich an der hohen Kompressoraustrittstemperatur von 215 °F erkennen; Aufgrund der geringeren Kältemitteldurchflussraten aufgrund der geringeren volumetrischen Wirkungsgrade ist der Kompressor jedoch einer etwas geringeren Wärmebelastung ausgesetzt. Diese geringe Last verhindert, dass die Entladungstemperatur zu hoch wird. Bedenken Sie, dass höhere Verdichtungsverhältnisse und höhere Überhitzungen dazu führen, dass die Austrittstemperatur hoch ist, und dass in der Austrittsleitung die gesamte zum Kompressor gelangende Überhitzung, die erzeugte Motorwärme und die Verdichtungswärme übertragen werden.

Der Grenzwert für jede Auslasstemperatur, die etwa 3 Zoll vom Kompressor entfernt an der Auslassleitung gemessen wird, beträgt 225 °F. Die Rückseite des Auslassventils ist normalerweise etwa 50 bis 75 °F heißer als die Auslassleitung, was einer Temperatur von etwa 275 bis 300 °F entspricht. Dadurch könnte Öl um die Zylinder herum verdampfen und zu übermäßigem Verschleiß führen. Bei 350 °F kommt es zum Ölabbau und es kommt bald zu einer Überhitzung des Kompressors. Die Überhitzung des Kompressors ist heute eines der schwerwiegendsten Feldprobleme. Versuchen Sie daher, die Austrittstemperaturen unter 225 °F zu halten, um die Lebensdauer des Kompressors zu verlängern.

Wenn der Kompressor aufgrund der hohen Überhitzungswerte sehr heiße Dämpfe sieht, werden die in den Kompressor eintretenden Gase extrem expandiert und weisen eine geringe Dichte auf. Aufgrund des niedrigen Ansaugdrucks ist das Verdichtungsverhältnis hoch, was zu geringen volumetrischen Wirkungsgraden führt und der Kompressor nicht viel Kältemittel pumpt. Allen Komponenten im System wird das Kältemittel entzogen.

Aufgrund des Kältemittelmangels im System erhält der Empfänger nicht genügend flüssiges Kältemittel aus dem Kondensator, was dazu führt, dass die Flüssigkeitsleitung nicht mehr ausreicht und es sogar zu Blasenbildung im Schauglas kommen kann, wenn der Zustand schwerwiegend genug ist. Das TXV erkennt keine normalen Drücke und versucht möglicherweise sogar, Flüssigkeit und Dampf aus der Leitung mit unzureichender Flüssigkeit zu leiten. Das TXV wird ebenfalls ausgehungert sein und es ist nicht zu erwarten, dass es die Verdampferüberhitzung kontrolliert.

Der Punkt der 100 % gesättigten Flüssigkeit im Kondensator ist sehr niedrig, was zu einer geringen Unterkühlung des Kondensators führt. Der Kondensator erhält nicht genügend Kältemitteldampf, um ihn zu einer Flüssigkeit zu kondensieren und den Empfänger zu speisen. Die Unterkühlung des Kondensators ist ein guter Indikator dafür, wie viel Kältemittel sich im System befindet.

Da dem Verdampfer und dem Kompressor das Kältemittel fehlt, wird auch dem Kondensator das Kältemittel entzogen. Durch das Ausschalten des Kondensators wird die Wärmebelastung des Kondensators reduziert, da er nicht so viel Kältemittel sieht, um Wärme abzugeben. Da der Kompressor nicht so viel Wärme abgeben muss, hat der Kondensator eine niedrigere Temperatur. Diese niedrigere Temperatur führt aufgrund des Druck-Temperatur-Verhältnisses bei Sättigung zu einem niedrigeren Druck im Kondensator. Der Temperaturunterschied zwischen der Verflüssigungstemperatur und der Umgebungstemperatur ist der CTOA. Da der Kondensator aufgrund der Unterfüllung mit Kältemittel immer weniger Wärme vom Kompressor erhält, sinkt der CTOA.

Hohe Überhitzungen führen dazu, dass sich die Kompressoreinlassdämpfe aus der Saugleitung extrem ausdehnen und ihre Dichte verringert. Dämpfe mit geringer Dichte, die in den Kompressor eintreten, führen zu geringen Kältemitteldurchflussraten durch den Kompressor, was zu einer geringen Stromaufnahme führt, da der Kompressor die Dämpfe mit niedriger Dichte nicht so stark komprimieren muss. Ein geringer Kältemittelfluss führt auch dazu, dass kältemittelgekühlte Kompressoren überhitzen.

Im Folgenden sind die sieben Symptome oder verräterischen Anzeichen eines Kältemittelmangels im System aufgeführt:

Denken Sie auch daran, dass es die britischen Wärmeeinheiten (Btu) sind, die bestimmen, wie viel Wärmeinhalt vom Verdampfer absorbiert wird, und nicht seine Temperatur. Die Temperatur ist lediglich ein Maß für die Wärmeintensität von etwas, nicht für seinen Wärmegehalt.

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].