Kälte­technik Grund­la­gen: Lern­skriptum für die HTLuVA Pinkafeld

1. Baueinfürhung Kältetechnik

   1. Warum kühlen wir Lebensmittel?

Gegen verderbliche Einflüsse können wir Lebensmittel nur dann schützen, wenn bestimmte Schutzmaßnahmen an der Erzeugungsstätte einsetzen und sie ununterbrochen bis zum Verbraucher, d.h. bis in den Haushalt hinein, fortsetzen.

Landwirtschaft  Kühlhaus  Verkauf  Kühlschrank

2. Veränderung der Lebensmittel

Die Veränderung der Lebensmittel wird im wesentlichem von drei Wirkgruppen hervorgerufen:

• Vermehrung und die Einwirkung von Mikroorganismen (z.B. Schimmel, Hefepilze, Bakterien)

• Durch chemische Umsetzungen (z.B. Einwirkung von Sauerstoff in der Luft, Oxidation)

• Physikalische, d.h. Naturgesetzlich bestimmte Veränderung (Wassergehalt, Wärmeeinwirkung)

1. Veränderung durch Mikroorganismen

Bakterien ernähren sich durch Zellteilung. Unter günstiger Bedingung kann sich alle 30 Minuten die Zweiteilung einer Zelle eintreten, sodass aus dieser einen Zelle theoretisch innerhalb 15 Stunden 1 Milliarde Bakterien entstehen können.

Günstige Bedingungen:

• Nährstoffe

• Temperatur

• Sauerstoff

• Feuchtigkeit

Durch ein Herabsetzen der Temperatur von 10 Kelvin wird im Allgemeinen die Vermehrungsgeschwindigkeit in Bakterien um die Hälfte bis auf ein Drittel reduziert. Unter -7°C vermehren sich Bakterien überhaupt nicht. Bei steigender Temperatur vermehren sie sich wieder. Bakterien können nur durch Hitze abgetötet werden.

2. Veränderung durch chemische Umsetzung

Teilweise sind chemische Veränderungen gewünscht (z.B. altern Wein). Meist sind sie aber unerwünscht (z.B. ranzig werden von Butter, dunkelwerden der Fleischfarbe  Oxidation). Ursache dafür ist die Temperatur. Senken der Temperatur um 10 Kelvin verlangsamt auch die Anzahl der chemischen Prozesse um etwa die Hälfte.

3. Veränderung durch physikalische Eigenschaften

Wichtigster physikalischer Vorgang ist die Veränderung des Wassergehalts. Trocknen bei Lagerung und Luft aus und verlieren dadurch an Masse, Farbe und ihr gutes Aussehen. Umgekehrt nehmen in feuchter Luft Lebensmittel mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt, z.B. Getreide, Wasser auf was zu Schimmelbildung und Bakterienwachstum führt.

Einwirkung von Wasserenergie  Verwandlung von fest in flüssigen Zustand (z.B. Fette, Schokolade, Honig)

4. Erkentnisse

Kältemittel: Schnee und Eis

Indien 4. Jh.: Kältemischung Wasser-Salz

Italien u. Spanien Mittelalter: Auflösen von Salpeter in Wasser

Fahrenheit: Schnee u. Salmiak zu Temp.skala gekommen

Jacop Perkins: 1834 erste Kompressionskälteanlage mit Äthylethen

Beginn 19. Jh.: erstmalig in Amerika Kühlschrank

Feststellung vor 30-40 Jahren: Kältemittel giftig

• Nicht giftig

• Geruchlos

• Nicht brennbar

• Nicht explosiv

• Unschädlich für Lebensmittel

Ergebnis: FCKWs – Flourchlorkohlenwasserstoff

2. Thermodynamische Systeme

Es ist in der Thermodynamik zweckmäßig, den betrachteten Raum abzugrenzen. Der abgegrenzte Raum wird dann thermodynamisches System genannt. Die Grenze heißt Systemgrenze.

1. Gesichtspunkte für die Unterscheidung von Systemen

1. Hinsichtlich Bewegungszustand

Ruhendes System (Kraftwerk)

Bewegtes System (Auto)

1. Hinsichtlich Stoff und Energietransport

• Abgeschlossenes (isoliertes) System

Kein Materie- und Energieaustausch

• Geschlossenes System (z.B. Sauerstoffflasche)

Undurchlässig für Materie

Durchlässig für Energie (Wärme und Arbeit)

• Offenes System

Materie- und Energieaustausch

Quasistationär oder instationär

z.B. aufheizen von einem Raum – instationär

Heizlastberechnung – stationär

• Adiabates System

Kein Wärmeaustausch mit der Umgebung

1. Hinsichtlich der Zusammensetzung innerhalb des Systems

• Homogenes System

Physikalische und chemische Eigenschaften innerhalb des Systems sind überall gleich.

• Heterogenes System

Physikalische und chemische Eigenschaften innerhalb des Systems ändern sich. Das System besteht aus mehreren Phasen.

3. Thermodynamischer Zustand

   1. Zustandsgrößen

Wenn sich ein homogenes System im thermodynamischen Gleichgewicht befindet, dann lässt sich der thermodynamische Zustand durch einige wenige physikalische Größen beschreiben: Druck p, Temperatur T, Volumen V

Man nennt diese Größen Zustandsgrößen.

Man unterscheidet:

• Intensive Zustandsgröße: Diese sind von der Größe des Systems unabhängig. z.B. Druck, Temperatur

• Extensive Zustandsgröße: Diese sind proportional der Stoffmenge. z.B. Masse, Volumen, innere Energie

• Spezifische Zustandsgröße: Diese ergeben sich durch Division einer extensiven Größe durch die Mengeneinheit. z.B. v=V/m; u=U/m; h=H/m

• Molare Zustandsgröße: Division einer extensiven Zustandsgröße durch die Stoffmenge n. z.B. Vn=V/n [m³/kmol] Sie haben eine besondere Bedeutung z.B. ideale Gase

• Thermische Zustandsgröße: Der Zustand eines homogenen Stoffes im thermodynamischen Gleichgewicht ist durch die thermischen Zustandsgrößen Druck, Temperatur und Volumen charakterisiert. Diese Größen sind durch die thermische Zustandsgleichung verknüpft.

f (V, p, T) = 0

p*V = R*T

2. Prozessgröße (pointfunctions)

Wärme und Arbeit sind Prozessgrößen.

3. Zustandsänderungen (pathfunctions)

Die Zustandsänderung ist der Weg von einem Zustand zu einem andern.

• Isobare: p = konstant

• Isotherme: T = konstant

• Isochore: v = konstant

4. Wärmediagramme

Thermische Zustandsgrößen: P, v, T

Kalorische Zustandsgröße: u, h, s

Durch zwei Zustandsgrößen ist ein Zustand definiert: Jede andere Zustandsgröße kann als Funktion dieser zwei ausgedrückt werden.

1. p-V-Diagramm

2. T-s-Diagramm

1. H-s Diagramm(Mollier-Diagramm)

5. Energie und Arbeit

   1. Potentielle Energie

Die potentielle Energie eines Körpers oder einer Stoffmenge istEp=F*z = V*(r-r_u)*g*z

Ep₂-Ep₁ = V*(r*r_u)*g*(z₂-z₁)

Ohne Auftrieb: Ep₂-Ep₁ = V*g*r*(z₂-z₁) = m*g*(z₂-z₁)

Bsp.: z=220m

V=20m³/s

Ep=?

Ep₂-Ep₁ = m*g*(z₂-z₁) = V*r*g*(z₂-z₁)

20m³/s*1000kg/m³*9,81m/s²*(-220)m

-43164000W = -43,16MW

Könnte die Differenz der potentiellen Energie voll genutzt werden, so ließe sich eine Leistung von 43,16W gewinnen.

Zufuhr von Arbeit und Energie in einem System ergibt einen positiven Wert.

Abfuhr von Arbeit und Energie in einem System ergibt einen negativen Wert.

Die Differenz der potentiellen Energie kann zu Überwindung der Rohrreibung genutzt werden.

Bsp.: z₂-z₁=80m

r_Erdgas=0,742kg/m³

r_Luft=1,16kg/m³

Ep bei V=1m³

Ep2-Ep1 = V*(r-ru)*g*(z₂-z₁)

1*(0,742-1,16)*9,81*80 = -328J

Die Differenz der potentiellen Energie kann zur Überwindung der Rohrreibung genutzt werden.

2. Kinetische Energie

Ek=m/2*v²

Bsp.: V=1m³

v₁=1,2m/s

z₂-z₁=-14

v₂=?

Ep=m*g*(z₂-z₁)

=V*r*g*Dz

=1*1000*9,81*14

=137340J

3. Arbeit

1. Volumenänderungsarbeit

Bsp.:

In einem Gasgefüllten Zylinder wird ein Kolbenbewegt. Im Anfangszustand beträgt das Volumen 1dm³. Das Gas wird so lange erwärmt bis sich sein Volumen verdoppelt hat und der Druck auf 2 bar angestiegen ist. Der umgebungsdruck ist 1 bar.

v₁=1dm³

v₂=2*v1

p₁=1bar

p₂=2bar

Bsp.:

1kg des Kältemittels R134a mit einer Temperatur von 20°C und einem Volumen V₁ 0,2344m³ soll auf ein Volumen von V₂= 0,04296m³ Isotherm verdichtet werden. Der Druck hängt bei der Isothermen Zustandsänderung in folgender Weise vom Volumen ab

t=20°C

V₁=0,2344m³

V₂=0,04296m³

φ₀=0,23888m³bar

φ₁=-0,0010558m6bar

φ₂=0,00000087285m9bar

2. Kupplungsarbeit

=M(t)*w*dz

We=M*w*T

Bsp.:

Ein Kompressor benötigt zum Antrieb einer Kupplungsleistung von 20 kW. Wie groß ist das an der Welle auftretende Drehmoment bei einer Drehzahl von 1200 1/min. Welche Kupplungsarbeit tritt bei einer Umdrehung auf?

P=20kW

U=1200

Das Vorzeichen ist positiv, die Kupplungsarbeit wird dem System hinzugeführt.

3. Verschiebearbeit

W₂-W₁ = p₂*V₂ – p₁*V₁

Da die Verschiebearbeit vom ein bzw. vom austrittszustand abhängig ist und nicht von der Zustandsänderung, welche die Masse Dm beim Durchgang durch das offene System erfährt, ist die Verschiedene Arbeit eine Zustandsgröße

p₁=1bar v₁=0,2344m³

p₂=5bar v₂=0,04296m³

W₁= p₁*V₁ = 1*105*0,2344 = 23440J = 23,44kJ

W₂= p₂*V₂ = 5*105*0,04296 = 21480J = 21,48kJ

W₂-W₁= 21,48-23,44 = -1,96kJ

4. Druckänderungsarbeit

Die Druckänderungsarbeit ergibt sich aus der bei der Kompression de Gas zugeführter Volumenänderungsarbeit und dem beim Überschreiten der Systemgrenzen auftretenden Verschiebearbeiten.

_p12=W_v12+W₂-W₁

_p12=p_1**V1-p₂*V₂₊

W_p12=

Bsp.: W_V12= 38,55kJ W₁= 23,4kJ W₂= 21,48kJ

_p12=W_v12+W₂-W₁= 38,55+21,48-23,4 = 36,58kJ

W_p12=

V=

₀₌0,23882m³ bar

₁=-0,004304m³

₂=0,000093042m³/bar

5. Reibungsarbeit

|W_R|=|W_RI|+|W_RA|

Innere Reibung bewirkt eine Erhöhung der inneren Energie.

4. Enthalpie

Als Enthalpie H bezeichnet man die Summe der inneren Energie U und Verschiebearbeit P*V

H= U+pV

H2-H1=U2-U1+P2V2-P1V1

1.Fall: d*H = dU+V*dp+p*dV

Bei der Erwärmung eines Gases geschieht folgendes:

• Die Energie des Gases wird erhöht und dadurch erhöht sich die Temperatur der Gasmoleküle. Es tritt eine heftige Bewegung der Moleküle ein. Die innere Energie hat sich um einen bestimmten Betrag erhöht.

• Das Volumen des Gases wird vergrößert, das Gas verrichtet eine Volumsänderungsarbeit

Q = DU + W_V12

2. Fall: Gas in einem Geschlossenem Behälter

In diesem Fall tritt keine Volumsänderungsarbeit auf. Die zugeführte Wärmeenergie entspricht der Änderung der inneren Energie.

Q = DU = m*c*(T₂-T₁) = DH = H₂ – H₁

5. Wärmekapazität

Führt man einen festen Körper Wärme zu ohne das Arbeit Auftritt und sich sein Aggregatzustand ändert, so erhöht sich seine Temperatur. Die Temperaturerhöhung hängt von der Wärmekapazität des Körpers ab.

dQ = dQ_RI = C*dt = m*c*dt

Die spezifische Wärmekapazität ist Temperaturabhängig.

t₁=10°C t2=60°C m=10kg

Nur bei großen Temperaturunterschieden. Es gilt für feste und flüssige Stoffe.

Bei Gasen ist die spezifische Wärmekapazität abhängig von:

• Art des Gases

• Temperatur

• Druck

• Art der Zustandsänderung

6. Erster Hauptsatz der Thermodynamik

   1. Prinzip von der Erhaltung der Energie

In einem abgeschlossenen mechanischen System ist die Summe aller Energien konstant. Dies wird angewandt auf folgende Energie:

• Mechanische Energie (pot. Energie, kin. Energie)

• Arbeit

• Thermische Energie (innere Energie, Wärme - Enthalpie)

• Elektrische Energie

• Chemische Energie

• Kernenergie

2. Energiebilanz

6. Energiebilanz für das geschlossene System

Wärme und Arbeit, die als Form der Energieübertragung einem ruhenden geschlossenen System zugeführt werden bewirkt eine Erhöhung der inneren Energie.

Q₁₂ + W₁₂ = U₂ – U₁

Mit innerer Reibung: Q₁₂ + W_V12 + W_RI = U₂ – U₁

Ohne innerer Reibung: Q₁₂ + W_V12 = _U2 – U₁

Reibungsfreie isochore Zustandsänderung: Q₁₂ = U₂ – U₁

Q₁₂ + W_e = U₂ – U₁

Q₁₂ + W_e - W_RA = U₂ – U₁

Q₁₂+ W_RI = U₂ – U₁

Bsp.: Gasspeicherbehälter

Wie groß ist die Volumsänderungsarbeit?

P_L = (V₂-V₁) = p_L*s*A = p_L*s*d²*pi/4 = 100.000*0,48*16²*pi/4 = 9.650.972J = 9651kJ

p_Gas = konstant … Isobare p1=p2

W_V12 = -p₂*(V₂-V₁) = -(p_L+G/A)*s*A = -(pL+m*h/A)*s*A =

= 9.864.375J = 9.864kJ

WV12 = -integral p*dV

WV12 = p*DV

Die Änderung der inneren Energie: U2-U1 = Q12+WV12

= 40.690kJ+(-9.864)kJ

= 30.826kJ

7. Energiebilanz für offene System

Q12+W12 = E2-E1

Q12+We-WRA+p1*V1-p2*V2 = U2-U1+m/2*(v2²-v1²)+m*g*(z2-z1)

Q12+We-WRA = H2-H1+m/s*(v2²-v1²)+m*g*(z2-z1)

Bsp.: Wasserturbine

=400 mm ∆T=0,24 K (Ein-Austritt)

p1=23,2 bar p2=0 bar

v1=4,6 m/s v2=8,3 m/s

∆z=4,2 m p0=980 mbar

Die Durchströmung der Turbine erfolgt adiabat

Ges.: Kupplungsleistung wenn keine äußere Reibungsleistung auftritt, innere Energie, Welche Kupplungsleistung würde die Turbine liefern, wenn keine innere Reibungsleistung auftritt?

7. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

   1. Allgemeines

Die Erfahrung lehrt uns, dass nicht nur Reibungsvorgänge, sondern auch Wärmetransport, Mischungsvorgänge u.a. nicht rückgängig gemacht werden können, also nicht reversibel sind. Da alle natürlichen Prozesse in irgendeiner Form irreversibel sind, können wir den 2. HS formulieren: Alle natürlichen Prozesse sind irreversibel. (ohne Aufwand nicht umkehrbar)

Bsp.: Reibung

Wärmeleitung

Expansion ohne Arbeitsleistung

Mischung

1 nach 2: reversibler Vorgang ohne Reibung

Die gesamte gespeicherte Energie im Gas kann wieder zur Rückgewinnung der Arbeit verwendet werden.

1 nach 3: irreversibler Vorgang ohne reibungsfreie Kompression

Die Reibungswärme geht in das Gas über und erhöht dessen Temperatur und auch dessen Druck. Der Punkt 3 liegt deswegen höher als der Punkt 2. Eine ausgeschlossene reibungsfreie Expansion ergibt den Punkt 4.

Von diesen Punkt 4 kann der Punkt 3 wieder erreicht werden aber niemals der Punkt 1 und 2. Die Zustandsänderung 1-3 kann ohne Eingriff von außen (z.B. Wärmeabfuhr) nicht mehr rückgängig gemacht werden.

2. Entropie

Zur rechnerischen Erfassung zur Irreversiblitätvon Prozessen führen wir eine neue Zustandsgröße, die Entropie (S), ein (erstmalig vom Deutschen Physiker Clausius 1865 eingeführt).

Bsp.: Wasser m₁=1kg t₁=20°C

Wasser m₂=1kg t₂=90°C

1. Thermodynamische Zustandsänderungen

3. Zustandsgesetzte

   1. Thermische Zustandsgleichung des idealen Gases

Für ein Gebäudekomplex wird Erdgas Heizzwecke benötigt. Dabei wird in einer Reduzierstation der Druck von 64 bar auf 25 mbar reduziert

2. Gesetz von Boyle / Mariotte

Gay – Lussac

1. Molare Größen

Normalzustand: p=1013mbar t=0°C bzw. T=273,15K

Kilomol: 1kmol = 6,022*1026 Moleküle

1 dz12Stk.

n…Anzahl der Mol, M…Molmasse kg/mol

Normalvolumen:

bei 1,013bar, t=0°C

bei p, t

Molare Gaskonstante:

Bsp.: Gasturbine: Pro Stunde sollen 12m³ Methan zur Verfügung gestellt weden.

1. Welche Menge Gas in kg/h ist für die Gasturbine nötig?

die Molmasse

2. Welche Leistung Bringt die Gaskonstante bei η=0,92?

3. Welches Betriebsvolumen ergibt sich?

t=30°C p=5bar

4. Abrechnung in Normkubikmeter (m³_n)

5. Wie groß ist die spezifische Gaskonstante R_i von CH₄?

1. Kalorische Zustandsgleichung des idealen Gases

U…innere Energie

du…c_v*dT

c_v…spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen

c_vm…mittlere spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen

Enthalpie (h)

c_p…spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck

c_pm…mittlere spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck

2. Spezifische Wärmekapazität des idealen Gases

c_p…spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck

c_v…spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen

Die spezifische Wärmekapazität von Gasen ist von folgenden Faktoren abhängig:

• Art des Gases

• Temperatur

• Druck

• Art der Zustandsänderung

Wie groß ist die mittlere spezifische Wärmekapazität von Eisen im Temperaturbereich zwischen 150°C – 350°C?

2. Einfache Zustandsänderung idealer Gase

3. Isochore (v=const)

Isochore Zustandsänderung findet nur in geschlossenen Systemen Anwendung. (z.B. Wärmezufuhr in einem geschlossenen Gefäß)

Thermische Zustandsänderung:

Bei der isochoren Zustandsänderung wird die gesamte zugeführte Wärmeenergie zur Erhöhung der inneren Energie benötigt.

Bsp.: Kältemittelsammler

4. Isobare (p=const)

Geschlossenes System:

Offenes System:

Bsp.:

3m³ R-404 A Gas (Kältemittel) mit einer Temperatur von 0°C sollen bei gleichbleibendem Taudruck von 433.200Pa auf 80°C erwärmt werden.

ges.: gesamte erforderliche Wärmeenergie

5. Isotherme

Geschlossenes System:

Bsp.: langsame Kompression bei ständigem Temperaturausgleich mit der Umgebung

Offenes System:

Bsp.: ideal gekühlter reibungsfreier Kompressor

Wt…technische Arbeit

Bsp.: Wärmeisolierte Drosselung

q=0

weil

Bsp.:

In einem Zylinder befinden sich bei einem Taudruck von 1.413.500Pa, bei einer Temperatur von 20°C und bei einem Volumen von 5m³ R-404 A Gas. Dieses Gas wird isotherm auf einen Taudruck von 363.00Pa entspannt.

ges.:

6. Isentrope

Eine Isentrope liegt entweder bei einer reversiblen Adiabathe oder bei einer reibungsbehafteten Zustandsänderung vor, bei der gerade so viel Wärme abgeführt wird, wie durch Reibung erzeugt wird.

Isentropenexponent

Geschlossenes System:

Rasche Expansion oder Kompression in geschlossenen Räumen

Offenes System:

Bsp.:

Es sollen 15m³ R-404 A Gas von 20°C und einen Taudruck von 433.200Pa auf einen Taudruck von 1.413.500Pa isentrop verdichtet werden.

Ges.:…abhängig vom Stoff

7. Polytrope

n…Polytropenexponent

Diese Zustandsänderung berücksichtigt die auftretende Reibung.

Geschlossenes System:

Offenes System:

Bsp.: reibungsfreie Kompression im gekühlten Kompressor

Bsp.: reibungsbehaftete Kompression/Expansion in wärmeisolierten Maschinen (Turbokompressor, Gasturbine)

8. Überblick der Zustandsänderung

8. Komponenten

Siehe Studienblatt Abbildung 9.1

1. Verdichter

Der Verdichter hat die Aufgabe das dampfförmige Kältemittel von niedrigen auf hohen Druck zu komprimieren.

Kältemittelverdichter:

Kolbenkältemittelverdichter:

• Hubkolbenverdichter:

• Tauchkolbenverdichter

• Membranverdichter

• Schwimmverdichter

• Rotationskolbenverdichter:

• Umlauf- und Zellenverdichter

• Schraubenverdichter

• Rollkolbenverdichter

• Kreiskolbenverdichter

• Drehscheibenverdichter

Turbokältemittelverdichter:

• Radialverdichter

• Axialverdichter

Sonstige Kältemittelverdichter:

• Dampfstrahlverdichter

Verdrängungsverdichter arbeiten nach dem Prinzip des Verkleinerns eines geschlossenen Arbeitsraumes (Zylinder).

Kreiselmaschinen (Turboverdichter arbeiten nach dem Prinzip der Umwandlung von Bewegungsenergie in die Druckenergie.

Merkmale Verdrängungsverdichter:

• Hohes einstufiges Verdichtungsverhältnis

• Keine Abhängigkeit von bestimmten Bereichen des Ansaugzustandes

• Keine stetig Förderung

Merkmale Kreiselmaschine:

• Begrenztes Verdichtungsverhältnis

• Hohes Fördervolumen

• Stetige Förderung

Weiter werden Verdichter wie folgt unterschieden:

• Geschlossene Verdichter

(Motor und Verdichter in einem Gehäuse, nicht aufmachbar, hermetic)

• Halb offenen Verdichter

(Moor und Verdichter in einem Gehäuse, aufmachbar, semihermetic)

• Offene Verdichter (open)

1. Hubkolbenverdichter

Siehe Abbildung 9-2 bis 9-4

Anwendung:

• Druckluftanlage

• Klimakompressoren

• Atemschutzkompressoren

2. Rotationskolbenverdichter

Rotations- und Tauchkolbenverdichter bestehen aus rotierenden Kolben.

• Rollkolbenverdichter

• Umlauf- oder Zellenverdichter

• Spiralverdichter (Wärmepumpe, scroll)

1. Rollkolbenverdichter

Siehe Unterlagen

2. Umlaufverdichter

Siehe Unterlagen

1. Spiralkältemittelverdichter

• Häufiger Einsatz bei Wärmepumpen

• Geringe Anzahl an beweglichen Teilen

• Leise Betriebsart

3. Schraubenverdichter

Sehr robuste Bauweise, dadurch geeignet für mittlere und hohe Drücke (z.B.)

4. Turboverdichter

Mittlere bis hohe Leistungen (ab 500kW – 1MW), wenn man große Volumenströme braucht.

2. Kondensator (Verflüssiger)

   1. Bauarten

Grundsätzlich werden Verflüssiger nach ihrer Verwendung unterschieden:

• Luftgekühlte Verdichter

• Wassergekühlte Verdichter

• Verdunstungsverdichter

• Hybridverdichter

Luftgekühlte Verdichter:

• Statisch belüftete Verdichter (freie Konvektion)

• Zwangs belüftete Verdichter (Ventilator)

Wassergekühlte Verdichter:

• Durchlauf-, Hybrid- und Verdunstungsverflüssiger

• Gegenstrom – Doppelrohr

• Gegenstrom – Bündelrohr

• Koaxialrohr

• Glattrohrschlange

• Röhrenkessel aus Glattrohr

• Röhrenkessel aus Rillenrohren

• Verdunstungsverflüssiger

• Hybrid – Trockenkühler

• Plattenverflüssiger

• Lamellenverflüssiger

• Drahtverflüssiger für Haushalt und Gewerbe

• Lamellenverflüssiger mit:

• axial Lüfter (Propeller)

• radial Lüfter (Wasserrad)

2. Luftgekühlte Verflüssiger

Wärmeabgabe durch freie oder erzwungene Konvektion.

Freie Konvektion: z.B. Kühlschrank, Gefriertruhe

Erzwungene Konvektion: z.B. Gewerbebetriebe

3. Wassergekühlte Verflüssiger

Bauart:

• Bündelrohrverflüssiger

• Koaxialverflüssiger

• Plattenverflüssiger

Rohrwerkstoff:

• Kupfer, Messing, Edelstahl

• Stahl, Gusseisen (NH₃)

Einsatzbedingungen:

• Hohe Strömungsgeschwindigkeit (großer α-Wert, geringe Ablagerungen)

• Wasserqualität (Härte, Verunreinigungen)

1. Verdampfer

   1. Verdampferarten

• Luftkühler

• Flüssigkeitskühler

• Beriselungskühler

Diese Verdampfer können mit einer direkten oder indirekten Verdampfung betrieben werden.

Direkte Verdampfung:

Bei der direkten Verdampfung wird das Kühlmittel Direkt durch das im Verdampfer verdampfende Kühlmittel gekühlt.

Indirekte Verdampfung:

Hier gibt es ein weiteres Kühlmittel, welches den Wärmetransport zwischen dem Kühlgut und dem Kältemittel bewerkstelligt. (z.B. Luft)

Indirekte Verdampfung:

• Einfache Planung, Installation, einfacher Betrieb

• Einfache Regelung an den Kühlstellen

• Besserer Teillastbetrieb

• Undichtigkeiten sind weniger kritisch

• Keine Probleme der Ölrückführung

• Kälteanlagen und Zubehör liegen Wartungstechnisch günstig im Maschinenraum

• Kühlen und Heizen ist möglich

• Gute Lösung bei weitverzweigten Anlage

Direkte Verdampfung:

• Niedrige Anschaffungskosten

• Höhere Kältemitteltemperaturen

• Kleinere Kältemittelverdichter

• Geringere Energiekosten

• Zweckmäßiger Einsatz nur in Verbindung mit Einzelverdampfer oder wenigen Verdampfern

Luftkühler

Arten von Luftkühler:

• Glattrohrverdampfer

• Plattenverdampfer

• Lammellenverdampfer

Flüssigkeitskühler

Arten von Flüssigkeitskühler:

• Steilrohrverdampfer

• Röhrenkesselverdampfer

• Bündelrohrverdampfer

• Koaxialverdampfer

• Plattenverdampfer (Wärmepumpe)

• Berieselungsverdampfer

1. Verdampfer für Flüssigkeitskühler „Trockene Verdampfer“

• Bündelrohrverdampfer (Abb, 9-15)

• Flüssiges Kältemittel in den Kernrohren

• Kühlmittel umströmt Kernrohre

• Koaxialverdampfer

• In den Kernrohren ist das Kältemittel

• Plattenverdampfer

• Nur in gelöteter Ausführung

• Anwendung:

• In der chemischen Industrie in der Prozessindustrie

• Kälte- und Klimatechnik (Kaltwassersatz, Wärmepumpe)

• Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie

• Glattrohrverdampfer

• Schlechter Wärmeübergang

3. Verdampfer für Flüssigkeiten „Überflutete Verdampfer“

Überflutete Verdampfer werden mit flüssigem Kältemittel geflutet und können deshalb nicht aus einem durchgehenden Rohr hergestellt werden, da sonst der Kältemitteldampf nicht aus dem Verdampfer austreten könnte.

• Rohrbündelverdampfer

• Anwendung:

• Kühlung von Wasser

• Sohle

• Getränke

• Kühlmittel für Prozesse

• Steilrohrverdampfer

• Bestehen aus einen Verteil- und Sammelrohr.

• Berieselungsverdampfer

• Es vereint die Vorteile des überfluteten Betriebes und der Direktexpansion.

1. Luftkühler (frei Konvektion)

• Rohrschlangenverdampfer

• Plattenverdampfer

• Lammellenverdampfer

1. Zwangsbelüftete Luftkühler

• Lammellenkühler mit Ventilator

• Anwendung:

• Gewerbekühlung

4. Flüssigkeitssammler (Liquid Receivers)

In Flüssigkeitskühler sammelt sich das im Verflüssiger verflüssigte Kältemittel. Die Kälteleistung einer Anlage fällt stark ab, wenn vor dem Expansionsorgan Dampfblasen in der Kältemittelflüssigkeit enthalten sind. Um diesen Zustand zu auf jeden Fall zu verhindern, muss das Kältemittel entweder um einige Kelvin unterkühlt oder der restliche Kältemitteldampf getrennt werden.