1 Kylmäsovellusten scroll-kompressorit Kompressori on jokaisen kiertoprosessiin perustuvan kylmälaitoksen sydän. Se imee höyrystynyttä kylmäainetta matalapainepuolelta (imupuoli) korkeapainepuolelle (lauhdutinpuoli). Kompressorityyppejä on useita. Esim. scroll-, ruuvi-, rotaatio-, turbo ja mäntäkompressori. Tässä artikkelissa keskitymme kylmäsovellusten scroll-kompressoreihin. Scroll-kompressoreita käytetään yleisesti ilmastoinnin jäähdytyksessä (chiller). Scroll-kompressoreita käytetään yhä enemmän myös lämpöpumppusovelluksissa ja ne soveltuvatkin hyvin käytettäviksi moniin erilaisiin kylmäsovelluksiin Rakenne ja toiminta Danfoss scroll-kompressoreissa kampiakseli on asennettu pystysuoraan. Scroll-kierrukka on akselin yläpuolella. Scroll-kierukka koostuu yhdestä kiinteästä ja yhdestä pyörivästä kierukasta. Nämä kaksi kierukkaa mukautuvat toisiinsa, puristaen kylmäainetta spiraalinmuotoisessa rotaatiossa spiraalin ulkokehältä keskustaa kohden. Prosessin tuloksena kylmäaine puristuu askelittain (kierukan pyöriessä tilavuus kierukoiden välissä tiivistyy jatkuvasti kunnes rotaatio alkaa jälleen alusta), puristuminen on siis eri kierukan jokaisessa vaiheessa. Verrattuna mäntäkompressoriin, scroll-kompressori puristaa pienemmän määrän kylmäainetta useammin. Tämä johtaa pienempiin sykäyksiin. Asentajalle tämä tarkoittaa että äänenvaimentimia, jotka vaimentavat sykäyksiä, ei usein tarvita. Scroll-kompressorisovelluksissa onkin epätodennäköisempää, että laitoksessa esiintyy meluongelmia taikka kylmäainesykäyksistä johtuvia painekytkimien toimintahäiriöitä.
2 Kun kompressori on toiminnossa, toinen kierukoista puristuu toista vasten tietyllä keskipaineella, joka on summa rotaation eri vaiheista. Aluksi kierukat eivät ole täysin mukautuneet toisiinsa, viimeistään 72 tunnin kuluessa kierukat ovat täysin sopeutuneet toisiinsa, optimaalinen toiminto on nyt saavutettu. Scroll kierukan rakenne ja sopeutumien Käytössä scroll-kompressorin kierukat mukautuvat joustavasti toisiinsa, automaattisesti optimoiden mukautumisen toisiinsa. Asentajan tulisi huomata, että MLZ kompressoreiden suorituskyky saattava olla hieman alentunut, kun kompressori otetaan käyttöön ensimmäistä kertaa. Normaalikäytössä alentunutta suorituskykya ei yleensä havaita. Mutta suorituskyvyn mittauksia ja testauksia tehtäessä on tärkeää, että asia huomioidaan.
3 Puristusprosessi Asennus ja huolto Kaikki Danfoss scroll-kompressorit ovat 100 % imukaasulla jäähdytettyjä. Siksi akustinen huppu voidaan aina asentaa, koska kompressori karkottaa kaiken ylimääräisen lämmön läpikulkevan kylmäaineen avulla. Näiden kompressoreiden kylmäpiirin putkiliitännät on sijoitettu päällekkäin. Imukaasuputki on pohjalla (iso liitäntä) ja kuumakaasuputki ylhäällä (pieni liitäntä). Molemmat liitännät ovat juotettavia ja kiinteästi asennettu kompressoriin. Scroll-kompressorin sisään on rakennettu takaiskuventtiili, joka estää scroll-kierukan pyörimistä takaperin, kun kompressori ei käy. Scroll-kompressorit ovat asennettu pehmustettujen kumityynyjen päälle. Kun ensimmäisen kerran törmäät scroll-kompressoriin, kannattaa muistaa, että kompressorin yläpää ja kansi (20 % kompressorin pinta-alasta) ovat tämän tyyppisissä kompressoreissa kuumia (kuumakaasulämpötilan lämpöisiä). Toisin kuin hermeettisissä mäntäkompressoreissa, johon tämä ei päde. Hermeettisissä mäntäkompressoreissa koko ulkokuori on imupuolella (paineputkea lukuun ottamatta), tämän takia ulkokuori ei ole kuuma. Korkeapainepuolen kuumakaasulämpötila on aina huomioitava scroll-kompressoreissa. Esim. MLZ scroll-kompressori ei myöskään ole mikään poikkeus tästä säännöstä jos sitä ajetaan tavallisessa höyrystymislämpötilassa -10 C. Tämä tarkoittaa, että kuumakaasulämpötila voi nousta poikkeuksellisissa tapauksissa jopa yli 100 C tämä ei ole ongelma kompressorin laakereille, scroll- kierukan rakenteelle taikka öljylle. Jos, kuitenkin kompressorin imukaasulämpötila pysyy pitkään huomattavasti alle sallitun raja-arvon (esim. jatkuvasti liikaa kuristavan höyrystinsäätimen säätimen takia jne.), tämä voi johtaa nopeasti paineliitännän liialliseen lämpötilaan. Tämän takia suosittelemme kuumakaasulämpötilan monitorointia ja varotoimintoa scrollkompressorilla toteutettuihin järjestelmiin, myös jälkiasennuksena jos ei alkuperäisesti asennettu.
4 Varotoiminto voidaan toteuttaa yksinkertaisesti mekaanisella termostaatilla (esim. KP 81). Katkaisuarvoa ei tarvitse asettaa tarkalleen sallittuun maksimiarvoon (maksimissaan 135 C, 120 C on hyvä nyrkkisääntö). Tehty useammalle kylmäaineelle MLZ scroll-kompressorit ovat hyväksytty käytettäväksi kylmäaineille; R404A, R507 ja R134a. Käytettäessä R404A ja R507 kylmäaineella toimintarajat ovat seuraavat: Höyrystymislämpötila -30 C +10 C (lauhtumislämpötila maks. +60 C). MLZ toimintarajat R404A/R507 Lauhtumislämpötilan alentaminen (usein käytetty moderneissa kylmälaitoksissa) on mahdollista kun höyrystymislämpötila on -30-10 C ja jopa +10 C. Moni mäntäkompressorikaan ei pysty tähän. MLZ kompressorit käytettäessä R134a voidaan ajaa höyrystymislämpötilassa -15 +15 C. Olettaen että lauhtumislämpötila voidaan nostaa 74 C saakka. MLZ soveltuu sekä lämpöpumppusovelluksiin, että lämmön talteenottoon. R404A antaa paremman volymetrisen kylmäntuoton kuin R134a. Tämän takia R404A kylmäaineella toimiva kompressori antaa paremman kylmätehon, kuin sama kompressori käytettäessä R134a.
5 MLZ toimintarajat R134a Saavutettu kylmäteho, eri kylmäaineita käytettäessä voidaan myös lukea edukseen erilaisia kylmäsovelluksia ajatellen. Asiakkaalla on enemmän valinnanvaraa erilaisiin sovelluksiin samoilla tuotteilla. Jos esim. asiakas suunnittelee rakennuttavanansa uuden kylmäjärjestelmän, mutta ei ole vielä täysin varma tulevista laajennustarpeista, on järkevää asentaa MLZ scroll-kompressori, joka soveltuu useammille kylmäaineille käytettäväksi. Ensiasennuksessa käytetään R134a kylmäainetta, ja jos tulevaisuudessa laitosta joudutaan laajentamaan tietyn verran, voidaan kompressorit säilyttää, mutta vaihdetaan laitos toimimaan R404A kylmäaineella, jolloin saavutetaan suurempi kylmäteho, kompressoreita vaihtamatta. Asiakasetuna on R134a kylmäaineen hyvä energiantehokkuus, R404A (R507) kylmäaineella saavutetaan ainoastaan laajempi käyttöalue ja suurempi kylmäteho verrattuna R134a. Kaupallisiin kylmäsovelluksiin, kuten huoltoasemat jne. MLZ scroll-kompressoreita on jo saatavilla täysin integroituna koteloituihin Optyma Plus koneikkoihin. Varusteluna mm. puhaltimen pyörimisnopeuden säädin, säänkestävä kotelointi, kompressorin kontaktori, ulkoinen pääkytkin, kuivain ja nestelasi. Helppo ja nopea asennus on suurin etu valmiiden koneikoiden asennuksessa. Voitelu Tarvittava määrä öljyä toimitetaan kompressorin mukana. Kun kompressori on asennettu ja käynyt jonkin aikaa on suositeltavaa tarkistaa kompressorin öljytaso näkölasista, joka löytyy kompressorin alaosasta. Normaalisti öljytason pitäisi olla puolessa välissä näkölasia. 1/4 tai 3/4 on myös hyväksyttävä taso. Kompressorin alaosassa on erillinen öljyntyhjennysyhde, jonka avulla kompressori voidaan tyhjentää öljystä, ilman nostelua ja kääntelemistä. Tyhjennys onnistuu helposti luomalla lievän ylipaineen kompressorin imupuolella, tämän jälkeen öljy voidaan valuttaa öljyntyjennysyhteestä manometrin avulla.
6 MLZ kompressorit toimitetaan valmiiksi täytettynä PVE öljyllä. Toisin kuin perintaiset POE öljyt, PVE öljy ei reagoi veden ja kosteuden kanssa muodostaen happoa. Vaikkakin samantyyppisten POE- öljyn kosteutta sitovien ominaisuuksien takia, PVE-öljyn ominaisuudet myös helpottavat kosteuden poistoa järjestelmästä. PVE-öljyn yhteensopivuus R22 kylmäaineen kanssa on myös hyvä lisäominaisuus. Tämä helpottaa mm. vientiä maihin, joissa R22 on edelleen markkinoita hallitseva kylmäaine, kuten Latinalaisessa Amerikassa. Jotta taataan kompressorin sisäosien optimaalinen voitelu sekä hyvä öljynpalautus, scroll-kompressorit tulisi käynnistää enintään 12 kertaa tunnin sisällä ja pitää ainakin minuutin käymättä pysäytyste n jälkeen. Scroll-kompressorit Optyma plus koneikoissa Sähköliitännät Jos kompressori asennetaan ulos tai se altistuu ympäristön matalille lämpötiloille, tulisi asentaa kampikammion lämmitin. Lämmitin tulisi kytkeä päälle aina kun kompressori seisoo (eli kun kompressori seisoo lämmittää, kompressori käy ei lämmitä). MLZ scroll-kompressoreita markkinoidaan useimmiten 400 V kolmivaiheisina. Sähkökytkentä onkin suhteellisen yksinkertainen, koska kompressori on kytketty sisäisesti tähteen, ulkoisia kytkentäsiltoja ei siis tarvitse tehdä. Kytkentärasiassa on kolme sähköliitintä, joihin 3-vaihe sähkösyöttö tuodaan (tai usein moottorikontaktorin/suojakytkimen kautta sähkökeskukselta) suoraan. On tärkeää tarkistaa, että scroll-kompressorin pyörimissuunta on oikea. Jos kompressorista kuuluu äänekästä mekaanista melua ja paine-eroa imu- ja lauhdutinpuolen yli ei saavuteta (voidaan lukea painemittareista), on todennäköistä että scroll-kompressori pyörii väärään suuntaan. Ongelma voidaan ratkaista vaihtamalla kompressorin kaksi syöttövaihetta keskenään. Syöttöjännitteen voit tarkistaa yleismittarilla kompressorin sähköliitännöistä, kun syöttöjännite on kytketty. Kaikkien kolmen liittimen (riippumatta minkä kahden liitännän välistä mitataan) välissä pitäisi aina olla noin 400 V ac jännite (vaiheiden välinen mittaus).
7 Kompressoreissa on bi-metallinen moottorinsuojakatkaisumekanismi tähtikytkennän keskellä, joka suojaa kompressoria liialliselta virralta ja ylikuumenemiselta. Yleisesti voidaankin olettaa, että suojamekanismi on lauennut, jos yleismittarilla mitattu sähkövastus kaikkien vaiheiden yli on ääretön. Mittausta varten täytyy kompressorille tuleva virta katkaista. Heti kun kompressori on jäähtynyt tarpeeksi, bi-metallinen suojamekanismi palautuu automaattisesti. Kun sähkömoottori on kunnossa, kaikkien vaiheiden välinen sähkövastus on suunnilleen sama. Sähkömoottorin sähkövastus (ohm), vaiheiden välillä, on riippuvainen kompressorikoosta. Näiden kompressoreiden pyörimisnopeus 50 Hz taajuudella on n. 2,900 rpm, koska moottorissa on yksi napapari (napaluku 2). Esim. 60 Hz taajuudella kompressori pyörisi vastaavan verran nopeammin kuin kompressorin nimellistaajuudella (50 Hz), eli noin 3,480 rpm. (Hz=1/s, tarkoittaa että vaihtovirta [Vac] vaihtaa suuntaa 50 kertaa sekunnissa.)