Wie kann man feststellen, ob ein System zu wenig Kältemittel enthält? Mit einer Systemprüfung lässt sich feststellen, ob dies der Fall ist. Stellen Sie sich folgendes Szenario vor: Ein Servicetechniker installiert Messgeräte und Thermistoren an einem geschlossenen R-134a-Mitteltemperatur-Kältesystem mit einem Flüssigkeitssammler und einem thermostatischen Expansionsventil (TXV) als Dosiervorrichtung. Sowohl gemessene als auch berechnete Werte sind in Tabelle 1 aufgeführt, zusammen mit einer detaillierten Systemanalyse.
ANALYSE
Kompressorauslass: Diese Temperatur ist im Vergleich zum normalen Systembetrieb sehr hoch. Die Verdampfungstemperatur von 195°F wird durch die hohe Überhitzung des Verdampfers und des Verdichters in Verbindung mit einem hohen Verdichtungsverhältnis verursacht. Erwarten Sie bei Unterdruck nicht, dass das TXV die Überhitzung kontrolliert. Das TXV kann am Eingang eine Kombination aus Dampf und Flüssigkeit sehen, so dass der Verdampfer nicht genügend Kältemittel erhält und eine hohe Überhitzung aufweist. Der Verdichter sieht dann eine hohe Überhitzung und überhitzt das Kältemittel bei jedem Verdichtungshub noch mehr.
Das Verdichtungsverhältnis ist ebenfalls erhöht, so dass das System eine überdurchschnittliche Verdichtungswärme aufweist. Bei niedrigen Verdampferdrücken sind die Verdichtungsverhältnisse hoch, und hohe Verdichtungsverhältnisse führen zu sehr niedrigen volumetrischen Wirkungsgraden des Systems und verursachen unerwünschte Ineffizienzen bei niedrigen Kältemittelströmen. Der Verdichter muss dann die von der Saugleitung kommenden Dämpfe mit viel niedrigerem Druck auf den Verflüssigungsdruck verdichten. Dies erfordert einen größeren Verdichtungsbereich und ein höheres Verdichtungsverhältnis.
| MESSWERTE | |
| Verdichter-Austrittstemperatur | 195°F |
| Verflüssiger-Austritt Temperatur | 78°F |
| Verdampferaustrittstemperatur | 10°F |
| Verdichtereintrittstemperatur | 50°F |
| Umgebungstemperatur | 70°F |
| Boxentemperatur | 20°F |
| Kompressorspannung | 230 |
| Kompressorstrom | Nieder |
| Niederdruck (Verdampfer) | 3.94 in. Hg (minus 20°F) |
| Hochdruckseite (Verflüssiger) | 86.4 psig (80°F) |
| RECHNUNGSWERTE | |
| Kondensatorspalt | 10°F |
| Kondensator Unterkühlung | 2°F |
| Verdampferüberhitzung | 30°F |
| Kompressorüberhitzung | 70°F |
TABELLE 1: Die gemessenen und berechneten Werte eines R-134a-Kältesystems mit geschlossener Tür und mittlerer Temperatur, das einen High-Side-Flüssigkeitssammler und ein thermostatisches Expansionsventil enthält.
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Der größere Kompressionsbereich vom niedrigeren Verdampferdruck zum Verflüssigungsdruck verursacht Kompressionsarbeit und erzeugt zusätzliche Kompressionswärme. Diese erhöhte Wärme macht sich durch eine hohe Verdichter-Austrittstemperatur bemerkbar; aufgrund der geringeren Durchflussmengen durch die niedrigeren volumetrischen Wirkungsgrade ist die Belastung des Verdichters jedoch eher gering. Diese niedrige Last sorgt dafür, dass die Austrittstemperatur nicht zu heiß wird. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass höhere Verdichtungsverhältnisse und höhere Überhitzungen dazu führen, dass die Austrittstemperatur etwas höher ist. Denken Sie daran, dass die Druckleitung die gesamte Überhitzung des Verdichters, die erzeugte Motorwärme und die Verdichtungswärme aufnimmt.
Der Grenzwert für die Drucktemperatur, der 3 Zoll vom Verdichter entfernt in der Druckleitung gemessen wird, beträgt 225°. Die Rückseite des Auslassventils ist in der Regel 50° bis 75° heißer als die Auslassleitung, so dass die Rückseite des Auslassventils etwa 250° bis 300° heiß wäre. Dadurch könnte das Öl in den Zylindern verdampfen und übermäßigen Verschleiß verursachen. Bei 350° zersetzt sich das Öl, und der Kompressor überhitzt. Die Überhitzung von Verdichtern ist heute eines der schwerwiegendsten Probleme in der Praxis. Versuchen Sie daher, die Auslasstemperaturen unter 225° zu halten, um die Lebensdauer des Verdichters zu verlängern.
Hohe Verdampferüberhitzungen: Da dem Verdampfer Kältemittel entzogen wird, kommt es zu hohen Verdampferüberhitzungen. Dies wiederum führt zu hohen Verdichterüberhitzungen (Gesamtüberhitzungen). Der Sammler erhält aufgrund des Kältemittelmangels im System nicht genügend flüssiges Kältemittel vom Verflüssiger, so dass die Flüssigkeitsleitung unterversorgt ist und in schweren Fällen sogar ein Schauglas platzen kann. Das TXV sieht keine normalen Drücke und kann sogar versuchen, Flüssigkeit und Dampf aus der unterversorgten Flüssigkeitsleitung zu leiten. Das TXV wird ebenfalls unterversorgt sein und kann die Überhitzung nicht kontrollieren.
Hohe Kompressorüberhitzungen: Da der Flüssigkeitsleitung, dem TXV und dem Verdampfer Kältemittel aus der Unterfüllung entzogen wird, wird auch der Verdichter unterversorgt. Dies ist an der hohen Verdichterüberhitzung zu erkennen.
Niedrige Unterkühlung des Verflüssigers: Da der Kompressor aufgrund der hohen Überhitzungswerte sehr heiße Dämpfe empfängt, sind die in den Kompressor eintretenden Gase extrem expandiert und haben eine geringe Dichte. Das Verdichtungsverhältnis ist aufgrund des niedrigen Ansaugdrucks hoch, was zu einem niedrigen volumetrischen Wirkungsgrad führt. Der Verdichter wird einfach nicht viel Kältemittel fördern, und alle Komponenten im System werden mit Kältemittel gefüttert. Der 100-prozentig gesättigte Flüssigkeitspunkt im Verflüssiger wird sehr niedrig sein, was zu einer geringen Unterkühlung des Verflüssigers führt. Der Verflüssiger erhält einfach nicht genug Kältemitteldampf, um ihn zu einer Flüssigkeit zu kondensieren und den Sammler zu versorgen.
Die Verflüssigerunterkühlung ist ein guter Indikator für die Kältemittelfüllung im System, da eine niedrige Verflüssigerunterkühlung eine niedrige Füllung bedeuten kann. Eine hohe Verflüssigerunterkühlung kann eine Überfüllung bedeuten, aber nicht immer. Dies gilt z. B. nicht für Kapillarrohrsysteme ohne Sammler, da bei einem Kapillarrohrsystem eine hohe Unterkühlung einfach durch eine Verengung im Kapillarrohr oder in der Flüssigkeitsleitung verursacht werden kann. Das überschüssige Kältemittel sammelt sich im Verflüssiger an und verursacht eine hohe Unterkühlung und einen hohen Kopfdruck. Wenn ein TXV-Sammlersystem in der Flüssigkeitsleitung verengt ist, sammelt sich das meiste Kältemittel im Sammler und nur ein wenig im Verflüssiger. Dies führt zu geringer Unterkühlung und niedrigem Kopfdruck.
Niedrige Verdichterleistung: Hohe Überhitzungen führen dazu, dass die Dämpfe am Verdichtereintritt aus der Saugleitung extrem expandiert werden und ihre Dichte sinkt. Dämpfe mit niedriger Dichte, die in den Verdichter eintreten, bedeuten niedrige Kältemittel-Durchflussraten durch den Verdichter. Dies führt zu einer geringen Stromaufnahme, da der Verdichter nicht so stark arbeiten muss, um die Dämpfe mit geringer Dichte zu verdichten. Ein geringer Kältemittelstrom führt auch zur Überhitzung von kältemittelgekühlten Verdichtern.
Niedriger Verdampferdruck: Niedriger Verdampferdruck wird durch einen unterversorgten Verdichter verursacht. Der Verdichter versucht, Kältemittel in seine Zylinder zu saugen, aber es ist nicht genug vorhanden, so dass die gesamte Niederdruckseite des Systems unter Druck steht.
Niedriger Verflüssigungsdruck: Da dem Verdampfer und dem Verdichter Kältemittel entzogen wird, wird auch der Verflüssiger entzogen. Durch die Unterversorgung des Verflüssigers verringert sich die Wärmebelastung des Verflüssigers, da er nicht mehr so viel Kältemittel sieht, um Wärme abzugeben. Da nicht so viel Wärme vom Kompressor aufgenommen und abgeführt werden muss, hat der Kondensator eine niedrigere Temperatur. Diese niedrigere Temperatur führt zu einem niedrigeren Druck im Verflüssiger aufgrund des Druck-/Temperaturverhältnisses bei Sättigung.
Der Temperaturunterschied zwischen der Verflüssigungstemperatur und der Umgebung wird als Delta T oder Split des Verflüssigers bezeichnet. In der Serviceindustrie wird dies oft als Verflüssiger-Split bezeichnet und kann wie folgt berechnet werden:
Verflüssigungstemperatur
– Umgebungstemperatur
= Verflüssiger-Delta T (Split)
Wenn der Verflüssiger immer weniger Wärme vom Verdichter erhält, weil er durch die Unterfüllung mit Kältemittel ausgehungert wird, sinkt der Verflüssiger-Split. Unabhängig von der Umgebungstemperatur bleibt der Verflüssiger-Split – d.h. die Differenz zwischen der Verflüssigungstemperatur und der Umgebungstemperatur – gleich, wenn die Belastung des Verdampfers gleich bleibt. Der Verflüssiger-Split ändert sich jedoch, wenn sich die Wärmelast am Verdampfer ändert. Wenn die Wärmelast am Verdampfer steigt, erhöht sich der Verflüssigersplit, und wenn die Wärmelast am Verdampfer sinkt, verringert sich der Verflüssigersplit.
ZUSAMMENFASSUNG
Zusammenfassend sind hier die sieben Symptome oder verräterischen Anzeichen für ein System mit niedrigem Kältemittelstand:
- Mittlere bis hohe Ausblastemperaturen;
- hohe Verdampferüberhitzung;
- hohe Verdichterüberhitzung;
- geringe Verflüssigerunterkühlung;
- geringe Verdichterstromstärke;
- geringe Verdampfertemperaturen und -drücke; und
- geringe Verflüssigungstemperaturen und -drücke.