Automatischer Verdichterleistungsprüfstand als Gasschleife mit niedriger Füllmenge

Die seit Anfang 2015 geltende neue F-Gaseverordnung [Verordnung (EU) Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase] reglementiert die Verwendung von fluorierten Kältemitteln mit hohem GWP-Wert relativ stark und hat zur Folge, dass vermehrt natürliche Kältemittel bzw. Low-GWP-Kältemittel eingesetzt werden. Viele von diesen Ersatzstoffen sind mehr oder wenig stark brennbar bzw. auch teilweise toxisch. In Abhängigkeit von diesen Eigenschaften legen die einschlägigen Sicherheitsnormen (DIN EN 378, ISO 5149) maximale Füllmengen in Abhängigkeit von den Aufstellbedingungen etc. fest. Für kältetechnische Prüfstände gibt es verschiedene Ansätze, durch die Gestaltung des Prozesses die Füllmenge zu reduzieren. Dies ermöglicht es, relativ große Leistungen der Prüflinge, z.B. von Kältemittelverdichtern, mit relativ kleinen Füllmengen zu erreichen. So können Prüfstände in Aufstellbereichen installiert werden, die unter bisherigen Bedingungen dafür nicht geeignet waren.

Projektziel

Der Einsatz einer Gasschleife zur Leistungsermittlung von Verdichtern bietet folgende Vorteile:

• kleine Kältemittelfüllmengen
• niedriger apparativer Aufwand
• geringer Energieverbrauch
• schnelles Erreichen der Beharrungszustände

Demgegenüber steht die schwierige Regelbarkeit und durch die geringe Füllmenge bedingten eingeschränkten Freiheitsgrade zur Einstellung der thermodynamischen Betriebsparameter.

Lösungsansatz und Entwicklungsschritte

Die Problemstellungen zur Betriebsführung von Gasschleifen mit niedriger Füllmenge erforderten die Entwicklung neuer Verfahren und Apparaturen mit folgenden Schwerpunkten:

• Anordnung des Nachspeisesystems zur Füllmengenregelung
• spezifisches Dosierungsverfahren inklusive Prozessautomatisierung
• Anordnung und Verfahren zur Gaskreisinnenvolumenänderung

Ergebnisse des Projektes

Im Rahmen des geförderten Projektes wurde der neue automatische Verdichterleistungsprüfstand als Gasschleife entwickelt, gebaut, in Betrieb genommen und getestet. Die Funktion wurde nachgewiesen und es wurden viele Erfahrungen und Erkenntnisse mit der neuen Anlagenschaltung und vor allem mit dem Umgang mit brennbaren Kältemitteln im Allgemeinen gesammelt.

Die Füllmenge des eigentlichen Prozesses ist niedriger als bei anderen Anlagenschaltungen, allerdings verursacht die Speicherung von Kältemittel in einem Sammler zur Abdeckung des ggf. vorhandenen Nachspeisebedarfs eine Erhöhung der Kältemittelmenge, so dass dieser Vorteil kleiner ausfällt als erwartet. Hier besteht aber noch Optimierungspotenzial. Die prinzipielle Eignung der Regelung konnte nachgewiesen werden und ist auch für andere Prüfstände einsetzbar.

Eines der wichtigsten Ergebnisse des Projekts sind sämtliche Erkenntnisse, die im Zusammenhang mit den Sicherheitsbetrachtungen zu brennbaren Kältemitteln (A2, A2L, A3-Sicherheitsklasse nach DIN EN 378) für kältetechnische Prüfstände gesammelt wurden.