Kältemaschinenöl im Kreislauf: Warum das Öl nicht nur im Verdichter bleibt

Warum verlässt Öl den Verdichter?

Im Verdichter treffen bewegte Bauteile, Öl und strömender Kältemitteldampf aufeinander.

Ein Teil des Öls wird als feine Tröpfchen oder Aerosol vom Kältemittelstrom mitgenommen.

Ein kleiner Anteil kann abhängig von:

• Ölsorte
• Temperatur
• Druck
• Verdichterbauart

auch dampfförmig auftreten.

Der Verdichter kann deshalb nicht als vollständig vom übrigen Kältemittelkreislauf getrenntes Ölsystem betrachtet werden.

Der normale Ölweg durch eine einfache Anlage

Bei einer einfachen Anlage ohne separaten Ölabscheider kann der Ölweg vereinfacht so aussehen:

1. Öl verlässt den Verdichter mit dem Heißgas.
2. Im Verflüssiger gelangt es in Kontakt mit flüssigem Kältemittel.
3. Über Flüssigkeitsleitung und Expansionsorgan gelangt es zum Verdampfer.
4. Von dort wird es mit dem Sauggas zurück zum Verdichter transportiert.

Damit dieser Kreislauf funktioniert, müssen Kältemittel, Öl, Rohrdimensionierung und Anlagenbau zusammenpassen.

Kältemittel und Öl beeinflussen sich gegenseitig

Kältemittel kann sich im Öl lösen.

Öl kann sich je nach Stoffpaar im flüssigen Kältemittel lösen oder mit ihm mischen.

Diese Wechselwirkung verändert die Eigenschaften des Öls.

Besonders wichtig ist die Viskosität.

Löst sich Kältemittel im Öl, kann die Mischung dünnflüssiger werden. Das beeinflusst die Schmierwirkung.

Deshalb darf nicht irgendein Kältemaschinenöl verwendet werden.

Die Ölwahl ist Bestandteil der Verdichter- und Kältemittelauslegung.

Herstellerfreigabe hat Vorrang

Der Verdichterhersteller legt fest, welche Ölsorte für:

• Verdichter
• Kältemittel
• Temperaturbereich
• Anwendung

geeignet ist.

Öle dürfen nicht allein nach Viskositätsklasse oder chemischer Grundbezeichnung ausgetauscht werden.

Auch wenn zwei Öle ähnlich erscheinen, können Mischbarkeit, Additive und Feuchtigkeitsverhalten unterschiedlich sein.

Warum synthetische Öle besonders trocken gehalten werden müssen

Viele heute verwendete synthetische Kältemaschinenöle nehmen Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft auf.

Das wird als Hygroskopie bezeichnet.

Ein erhöhter Wassergehalt kann:

• die Öleigenschaften beeinträchtigen
• chemische Reaktionen fördern
• Säurebildung begünstigen

Deshalb sollten Ölbehälter und Verdichter bei Arbeiten möglichst kurz geöffnet bleiben.

Sauberkeit und Trockenheit sind bei Ölservice ebenso wichtig wie beim Kältemittelkreislauf selbst.

Was bedeutet Ölrückführung?

Ölrückführung bedeutet:

Das mit dem Kältemittel aus dem Verdichter transportierte Öl muss in ausreichender Menge wieder zum Verdichter zurückgelangen.

Geschieht das nicht, fehlt Öl dort, wo es benötigt wird.

Gleichzeitig sammelt sich Öl in anderen Teilen der Anlage.

Beides ist problematisch.

Warum die Strömungsgeschwindigkeit wichtig ist

In der Saugleitung wird das Öl vom Kältemitteldampf mitgenommen.

Besonders in steigenden Leitungen ist dafür eine ausreichende Gasgeschwindigkeit erforderlich.

Ist die Rohrleitung zu groß, sinkt die Strömungsgeschwindigkeit.

Dann kann Öl an der Rohrwand zurückbleiben oder sich in tiefen Stellen sammeln.

Ist die Leitung zu klein, steigen dagegen Druckverlust und Energiebedarf.

Deshalb muss die Rohrdimensionierung beide Ziele berücksichtigen:

• geringe Druckverluste
• sichere Ölrückführung

Ölsäcke bei Steigleitungen

Bei bestimmten Rohrführungen werden U-förmige Ölsäcke eingesetzt.

Dort kann sich Öl sammeln.

Das angesammelte Öl verkleinert zeitweise den freien Querschnitt. Dadurch steigt die Kältemittelgeschwindigkeit und kann das Öl nach oben mitreißen.

Der Ölsack allein garantiert die Ölrückführung jedoch nicht.

Auch die anschließende Steigleitung muss für die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit ausgelegt sein.

Teillast ist für die Ölrückführung kritisch

Bei modulierenden Verdichtern oder Anlagen mit mehreren Leistungsstufen sinkt bei kleiner Last der Kältemittelmassenstrom.

Damit sinkt häufig auch die Strömungsgeschwindigkeit in der Saugleitung.

Eine Leitung, die bei Volllast Öl zuverlässig transportiert, kann bei sehr kleiner Last ungünstigere Bedingungen aufweisen.

Deshalb wird die Ölrückführung bei Anlagen mit großem Leistungsbereich aufwendiger.

Aufgabe des Ölabscheiders

Wenn eine ausreichende Ölrückführung über den normalen Kältemittelkreislauf nicht zuverlässig sichergestellt werden kann, kann ein Ölabscheider eingesetzt werden.

Er sitzt typischerweise in der Heißgasleitung direkt nach dem Verdichter.

Seine Aufgabe:

Einen möglichst großen Teil des mitgerissenen Öls aus dem Heißgasstrom abscheiden und kontrolliert zum Verdichter beziehungsweise zum Ölmanagement zurückführen.

Ein Ölabscheider ersetzt aber keine fachgerechte Rohrdimensionierung.

Woran erkennt man Probleme mit der Ölrückführung?

Mögliche Hinweise sind:

• zu niedriger Ölstand im Verdichter
• stark schwankender Ölstand
• wiederkehrende Öldruckstörungen
• ungewöhnliche Geräusche
• Ölansammlungen in Verdampfer oder Leitungen
• Leistungseinbußen durch Ölfilm in Wärmeübertragern

Keines dieser Symptome beweist allein eine bestimmte Ursache.

Ölstand richtig beurteilen

Bei Verdichtern mit Schauglas muss der Ölstand unter definierten Betriebsbedingungen bewertet werden.

Direkt nach Start, nach längerer Stillstandszeit oder nach Lastwechseln kann die Ölverteilung noch nicht stabil sein.

Deshalb:

• Betriebszustand dokumentieren
• ausreichende Stabilisierung abwarten
• Herstellerbereich für den Ölstand beachten
• nicht allein aufgrund eines Momentbildes Öl nachfüllen

Zu viel Öl ist ebenfalls unerwünscht.

Warum Öl beim Stillstand aufschäumen kann

Während des Stillstands kann sich Kältemittel im Öl lösen.

Beim Start fällt der Druck im Kurbelgehäuse ab.

Das gelöste Kältemittel kann dann schnell aus dem Öl austreten.

Das Öl schäumt auf.

Dabei kann Öl verstärkt aus dem Verdichter mitgerissen werden und die Schmierung kurzfristig beeinträchtigt werden.

Ölsumpfheizungen und geeignete Anlagenkonzepte sollen je nach Verdichter und Anwendung die Kältemittelanreicherung im Öl begrenzen.

Praxisprüfung bei auffälligem Ölstand

1. Anlage und Verdichtertyp bestimmen.
2. Herstellerangabe zur zulässigen Ölsorte prüfen.
3. Betriebszustand stabilisieren.
4. Ölstand beziehungsweise Öldruck beurteilen.
5. Saugleitungsführung kontrollieren.
6. Teillastbedingungen berücksichtigen.
7. Ölabscheider und Rückführleitung prüfen, falls vorhanden.
8. Kältemittelzustand am Verdichtereintritt beurteilen.
9. Erst nach Ursachenklärung Öl ergänzen oder wechseln.

Typische Fehlannahmen

„Öl gehört nur in den Verdichter.“

Benötigt wird es dort. Ein Teil zirkuliert jedoch mit dem Kältemittel.

„Niedriger Ölstand bedeutet einfach Öl nachfüllen.“

Nicht zwingend.

Das Öl kann sich in der Anlage befinden und nur nicht ausreichend zurückkehren.

„Je größer die Saugleitung, desto besser.“

Nein.

Zu geringe Strömungsgeschwindigkeit kann die Ölrückführung verschlechtern.

„Ein Ölabscheider löst jedes Ölproblem.“

Nein.

Rohrführung, Ölverträglichkeit, Betriebszustand und Rückführsystem bleiben entscheidend.

Entscheidend ist das Gleichgewicht

Öl verlässt den Verdichter im normalen Betrieb in gewissem Umfang.

Der Betrieb bleibt nur stabil, wenn dieses Öl wieder zurückkehrt.

Deshalb müssen Verdichter, Kältemittel, Öl, Rohrleitung und Leistungsbereich als System betrachtet werden.

Kurz zusammengefasst

• Kältemaschinenöl schmiert, dichtet und führt Wärme ab.
• Ein Teil des Öls wird mit dem Kältemittel aus dem Verdichter getragen.
• Kältemittel kann die Viskosität des Öls beeinflussen.
• Die freigegebene Ölsorte richtet sich nach Verdichter und Kältemittel.
• Synthetische Öle können stark feuchtigkeitsempfindlich sein.
• Ölrückführung hängt wesentlich von Rohrführung und Strömungsgeschwindigkeit ab.
• Teillast kann die Ölrückführung verschlechtern.
• Ein Ölabscheider sitzt typischerweise in der Heißgasleitung.
• Niedriger Ölstand ist ein Symptom, nicht automatisch ein Grund zum Nachfüllen.
• Ölstand und Öldruck müssen im passenden Betriebszustand beurteilt werden.