Scrollverdichter für Normalkühlung

Der Verdichter ist das Herzstück eines jeden Kompressionskältekreislaufs. Er bringt dampfförmiges Kältemittel von einem niedrigen Druckniveau (Niederdruck – Saugseite) auf ein hohes Niveau (Hochdruck – Druckseite). Verdichter gibt es mit verschiedenen Funktionsprinzipien. Dabei handelt es sich z.B. um Scrollverdichter, Schraubenverdichter, Rollkolbenverdichter, Turboverdichter und Hubkolbenverdichter. Heute konzentrieren wir uns auf die Scrollverdichter für den Kälteeinsatz. Scrollverdichter sind in Klimaanwendungen sehr verbreitet – ihre klassische Anwendung ist der Kaltwassersatz. Auch speziell im Wärmepumpenbereich erobert der Scrollverdichter immer mehr Marktanteile. Scrollverdichter sind aber auch für Normalkühlanwendungen bestens geeignet.

 
Aufbau und Funktion | Bei Scrollverdichtern von Danfoss ist die Kurbelwelle stehend angeordnet. Über der Kurbelwelle befindet sich das Scrollset. Dieses Scrollset besteht aus einer feststehenden und einer orbitierenden Spirale. Diese beiden Spiralen greifen ineinander und verdichten das Kältemittel durch eine orbitierende Bewegung vom äußeren Teil des Scrollsets hin zur Mitte. Durch dieses Prinzip liegen zu jedem Zeitpunkt des Verdichtungsprozesses verschiedene Stadien der Verdichtung vor (verschieden große „Taschen“, in denen gerade eine Verdichtung stattfindet). Damit werden im Vergleich zu Hubkolbenverdichtern häufiger kleinere Portionen Kältemittel ausgeschoben. Das führt zu geringeren Pulsationen. Für den Monteur heißt das, dass seltener ein Muffler zur Pulsationsdämpfung eingesetzt werden muss. Auch durch Pulsationen verursachte Geräuschprobleme oder Funktionsstörungen bei Druckschaltern sind bei Anlagen mit Scroll­verdichtern nicht zu erwarten. Im Betrieb des Verdichters wird eine der beiden Spiralen mit Hilfe eines Mitteldrucks aus einer „Tasche“ des Scrollsets, bei der die komplette Verdichtung noch nicht abgeschlossen ist, gegen die andere gedrückt. Dadurch werden die beiden Spiralen sozusagen „eingefahren“. Diese „Einfahrphase“ ist aber spätestens nach 72 Stunden im Betrieb abgeschlossen. Es ist ein flexibles Ineinanderwirken der beiden Scrollschnecken bei gleichzeitiger Selbstoptimierung des Zusammenspiels im praktischen Betrieb. Der Monteur sollte in diesem Zusammenhang beachten, dass bei MLZ-Verdichtern deshalb bei der Erstinbetriebnahme zunächst eine gewisse Minderleistung auftreten kann. Dieser Punkt wird im normalen Betrieb meist nicht wirklich spürbar sein, ist aber sehr wichtig für Leistungsmessungen auf Prüfständen.

 
Montage und Service | Alle Danfoss-Scrollverdichter sind 100 % sauggasgekühlt. Das bedeutet, es darf ggf. eine Schalldämmhaube montiert werden, da der Verdichter die gesamte überschüssige Wärme über das Kältemittel, das ihn durchströmt, abgibt. Die kältetechnischen Anschlüsse sind bei diesen Verdichtern übereinander angeordnet – Saugseite unten (großer Anschluss) und Druckseite oben (kleiner Anschluss). Beide sind als direkt in den Verdichter integrierte Lötstutzen ausgeführt. Im Inneren des „Scrollverdichterkopfs“ befindet sich ein Rückschlagventil, welches nach Abschaltung des Verdichters ein Rückwärtsdrehen des Scrollsets vermeidet. Die Montage der Scrollverdichter erfolgt auf Gummipuffern. Generell sollte man beim Erstkontakt mit Scrollverdichtern bedenken, dass bei dieser Art Verdichter der Kopf, also die oberen 20 % des Verdichters, Verdichtungsendtemperatur (Heißgastemperatur) besitzt. Bei vollhermetischen Hubkolbenverdichtern ist das nicht so. Dort sind alle Gehäusestellen am Verdichter (mit Ausnahme des Druckstutzens) auf der Saugseite und weisen somit keine hohen Temperaturen auf. Speziell die Verdichtungsendtemperatur ist bei Scrollverdichtern immer ein Thema. Z.B. „MLZ“-Scrollverdichter werden, wenn sie bei den hierbei üblichen Verdampfungstemperaturen von  -10 °C betrieben werden, keine Auffälligkeiten hinsichtlich der Verdichtungsendtemperatur zeigen. Das bedeutet, dass der Wert in den seltensten Fällen über 100 °C steigen wird – für Verdichter, Lager, Scrollset und Kältemaschinenöl kein Problem. Passiert es jedoch, dass ein solcher Verdichter beispielsweise durch eine permanente starke Drosselung eines Verdampfungsdruckreglers – oder aus anderen Gründen – längere Zeit mit dem Saugdruck weit unterhalb seiner Anwendungsgrenzen gefahren wird, dann kann es schnell zu exzessiven Druckstutzentemperaturen kommen. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, eine Druckgasendtemperaturüberwachung bei Anlagen mit Scrollverdichtern einzubauen bzw. nachzurüsten, falls diese nicht vorhanden ist. Diese Aufgabe kann ein schlichter mechanischer Thermostat mit Fernfühler übernehmen (z.B. „KP 81“). Es ist nicht erforderlich, dass die Temperatureinstellung extrem nah am Betriebspunkt erfolgt, 135 °C maximal, 120 °C ist hier ein guter Praxisfaustwert.

Multikältemitteltauglichkeit | „MLZ“-Kältescrollverdichter sind für die Standardkältemittel R404A, R507 und R134a freigegeben. Die Anwendungsgrenzen erlauben bei R404A und R507 Verdampfungstemperaturen von -30 °C (mit eingeschränkter Verflüssigungstemperatur) bis zu +10 °C mit bis zu 60 °C Verflüssigung. Eine Kondensationsdruckabsenkung, wie in der modernen Kältetechnik häufig der Fall, ist bei Verdampfung von -30 bis -10 °C sogar bis +10 °C möglich. Dieser Wert kann von vielen Hubkolbenverdichtern nicht erreicht werden. „MLZ“-Verdichter mit R134a können bei Verdampfungstemperaturen zwischen -15 und +15 °C betrieben werden. Da Verflüssigungstemperaturen bis zu 74 °C möglich sind, ist der „MLZ“ für saisonalen Wärmepumpenbetrieb ebenso geeignet, wie für Wärmerückgewinnung. R404A bietet eine höhere volumetrische Kälteleistung als R134a. Damit hat der Verdichter mit R404A bei gleicher Verdampfungstemperatur eine höhere Kälteleistung als dasselbe Modell mit R134a. Diese Unterschiede in den Kälteleistungen aufgrund des verwendeten Kältemittels sind auch kommerziell verwertbar. Ein wichtiger Vorteil besteht in der größeren Flexibilität des Kunden. Wenn z.B. eine Neuanlage gebaut wird und der Kunde noch nicht sicher weiß, ob in den nächsten Jahren noch eine Erweiterung ansteht, so empfiehlt es sich, einen multikältemitteltauglichen „MLZ“-Scrollverdichter im Betrieb mit R134a zu montieren. Soll nun z. B. nach fünf Jahren ein Tankstellenshop erweitert werden, dann ist es möglich, allein durch die Umstellung des Kältemittels auf R404A noch einiges an Kälteleistung herauszuholen, ohne jedoch den Scrollverdichter auszutauschen. Der Kunde profitiert, denn das Kältemittel R134a ist energetisch sehr gut und steht R404A (R507) nur in punkto Universalität nach. Für Anwendungen der Gewerbekälte, wie Tankstellenshops etc., gibt es die „MLZ“-Verdichter auch bereits integriert in vollausgestattete Verflüssigungssätze „Optyma Plus“ mit Lüfterdrehzahlregelung, Wetterschutzgehäuse, Verdichterschütz, Notausschalter, Trockner und Schauglas. Die Zeit­ersparnis in der Vorortmontage ist einer der Hauptgründe, warum solche einbaufertigen Verflüssigungssätze eingesetzt werden.

 
Schmierung | Die Verdichter beinhalten im Lieferumfang bereits die benötigte Ölmenge. Nach einer gewissen Laufzeit nach dem Einbau empfiehlt sich eine Kontrolle des Öllevels über das Ölschauglas im unteren Teil des Verdichters. Der ideale Ölstand liegt bei halber Höhe des Ölschauglases, aber auch 1/4 bis 3/4 können toleriert werden. Im unteren Gehäusebereich befindet sich ein Ölablassanschluss, mit dem Öl abgelassen werden kann, ohne den Verdichter zu kippen. Hierfür reicht es, auf der Saugseite des Verdichters einen leichten Überdruck herzustellen und das Öl über diesen Anschluss und das Servicemanometer aus dem Verdichter abzulassen. „MLZ“-Verdichter sind mit einem PVE (Polyvinylether)-„Öl“ vorgefüllt. PVE bietet gegenüber den üblichen POE (Polyolester)-Schmierstoffen den Vorteil, dass es nicht mit Wasser chemisch reagiert und Säure bildet. Die Hygroskopie ist mit POE-Öl vergleichbar, Feuchtigkeit im System kann aber durch diese Eigenschaft auch leichter wieder entfernt bzw. evakuiert werden. Interessant ist auch die Verträglichkeit mit R22. Somit kann auf Export­anfragen wie z.B. aus Lateinamerika flexibel reagiert werden, denn dort dominiert noch immer R22 als Kältemittel. Um die optimale Schmierung der Verdichterinnenteile und eine gute Ölrückführung sicherzustellen, sollte der Scrollverdichter nicht häufiger als zwölfmal in der Stunde gestartet werden und nach jedem Stillstand mindestens eine Minute ausgeschaltet bleiben.

Elektrischer Anschluss | Für Außenaufstellung bzw. wenn niedrige Umgebungstemperaturen am Verdichter nicht ausgeschlossen werden können, sollte eine Kurbelwannen- Bandheizung eingesetzt werden. Diese sollte grundsätzlich antizyklisch zum Verdichter geschaltet werden (Verdichter läuft – Kurbelwannenheizung aus, Verdichter steht – Kurbelwannenheizung an). Die „MLZ“-Scrollverdichter sind üblicherweise als Dreiphasengeräte in 400  V- Ausführung auf dem Markt zu finden. Der elektrische Anschluss ist relativ einfach, da die Verdichter intern schon im Sternpunkt zusammengeschlossen und keine Brücken im Anschlusskasten zu legen sind. Es gibt drei Anschlusspins, auf die die drei Phasen kommend vom Leistungsschütz (bzw. im Idealfall vom Motorschutz im Schaltschrank) direkt aufgelegt werden. Es ist unbedingt zu beachten, dass der Scrollverdichter in der richtigen Drehrichtung läuft. Treten starke mechanische Geräusche auf und stellt sich auf dem angeschlossenen Servicemanometer nicht die übliche Druckdifferenz zwischen Hoch- und Niederdruck ein, dann läuft der Scrollverdichter mit hoher Wahrscheinlichkeit mit falscher Drehrichtung. Abhilfe kann durch den Tausch zweier Phasen am Verdichterklemmbrett geschaffen werden. Mit Hilfe eines Spannungsprüfers kann am Verdichterklemmkasten geprüft werden, ob die Spannungsversorgung in Ordnung ist. Die Außenleiter (Phase gegen Phase gemessen) sollten immer etwa 400 V betragen. Als zusätzlichen Schutz vor Übertemperatur und gegen zu hohe Strombelastung ist ein Bimetallschutz im Sternpunkt der Wicklungen eingearbeitet. Das heißt, im Allgemeinen löst der interne Motorschutz dann aus, wenn bei einer Widerstandsmessung am Verdichter (Versorgungsspannung vorher abklemmen) ein „unendlich großer Widerstand“ zwischen allen drei Pins gemessen wird. Sobald sich der Verdichter abgekühlt hat, schaltet der Bimetallschutz wieder ein. Ist der Elektromotor betriebsbereit, so nähern sich die drei gemessenen Widerstandswerte der Pins aneinander an. Der Wert liegt, je nach Leis­tungsgröße des Verdichters, im einstelligen Ohmbereich. Die Drehzahl dieser Verdichter beträgt bei 50 Hz etwa 2900 U/min, da der Elektromotor mit einem Polpaar gewickelt ist. Bei 60 Hz z.B. würde der Verdichter entsprechend schneller laufen (ca. 3480 U/min) als bei 50 Hz, da sich der Rotor des Verdichters an die entsprechende Netzfrequenz anlehnt (Hz = 1/s bedeutet, dass bei 50 Hz Wechselstrom 50mal  in der Sekunde die Stromrichtung geändert wird).

 
Ausblick | Thema der nächsten Ausgabe:

In der nächsten Folge von „Tipps für den Monteur“ werden wir uns mit dem Thema Kühlraum beschäftigen. Lesen Sie dazu mehr in der folgenden Ausgabe.