Laun, J.; Cikmaz, C.; Urbaneck, T.; Richter, M.
Optische Messung der Ölphase nach dem Verdichter
In: Deutscher Kälte- und Klimatechnischer Verein e. V. DKV (Hrsg.): Deutsche Kälte‐ und Klimatagung 2025 Magdeburg. Tagungsband (Datenträger). – ISBN 978-3-911558-00-6
Kurzfassung
In einer klassischen Kältemaschine mit ölgeschmiertem Kompressor besteht der zirkulierende Stoffstrom (Primärkreis) in bestimmten Teilstrecken aus Kältemittel und Öl. Der Öl-Anteil verändert die effektiven thermodynamischen Eigenschaften im Vergleich zu einem reinen Kältemittel-Stoffstrom. Deswegen nimmt die Bestimmung der Ölzirkulationsrate (OCR) im Primärkreislauf eine Schlüsselrolle ein. In der Literatur wird der Ölstrom in der Druckleitung nach dem Kompressor als ringförmige Nebelstrom von Öltropfen in Kombination mit einem Ölfilm beschrieben. Mit herkömmlichen Messmethoden, wie der Probenahme oder dem Einsatz von Schallgeschwindigkeitssensoren, kann man die Ölzirkulationsrate während des Anlagenbetriebs schwer erfassen oder es ist eine aufwendige Kalibrierung erforderlich.
Im Rahmen der Forschungsplattform für Kälte- und Energietechnik (KETEC-Verbundprojekt, Teilprojekt 3) wird dieses Problem durch ein optisches Messverfahren adressiert. Den optischen Zugang ermöglicht eine Sichtzelle in der Druckleitung eines Scrollverdichters. Diese Leitung ist Bestandteil einer Forschungskältemaschine mit dem Kältemittel R290. Die Maschine verfügt über eine Kälteleistung von 22 kW und ein Fördervolumenstrom von 17,1 m3/h bei 50 Hz. Zum Einsatz kommt ein Schattenwurfverfahren (Shadowgraphie), bestehend aus einer Leuchtdiode (LED) als Lichtquelle, einer Kamera sowie einer Trigger-Einheit mit zugehöriger Auswertesoftware. Die Optik erlaubt eine Auflösung im Bereich weniger Mikrometer. Eine externe Kalibrierung mit Kalibrierplatten stellte die korrekte Skalierung sicher. Aus den gemessenen Öltropfengrößen und -geschwindigkeiten an verschiedenen Punkten in der Sichtzelle kann schließlich der Volumenstromanteil des Öls und damit die Ölzirkulationsrate berechnet werden.
Dieser Beitrag stellt die ersten Ergebnisse der Öltropfenmessung vor. Die berechnete Ölzirkulationsrate wird mit den Messungen der Inlinesensoren verglichen. Des Weiteren gibt der Beitrag ein Ausblick auf zukünftige Verbesserungen und Limitationen der Methode gegeben.
Schlagwörter: Schattenwurfverfahren, Shadowgraphie, Öl-Kältemittel-Gemisch, Ölzirkulationsrate