Flüssiges Kältemittel: 9 Antworten, die Sie kennen sollten

An die Uneingeweihten, Liquid Kältemittel und Coolant klingen wie zwei Namen für dieselbe Automobilflüssigkeit.

Diese beiden Flüssigkeiten erfüllen jedoch in Ihrem Auto einen völlig anderen Zweck. Kältemittel sind die primären Arbeitsflüssigkeiten in einem Kälte- oder Klimaanlagensystem. Kühlmittel hingegen ist eine Mischung aus Wasser und einem Frostschutzmittel.

Ist flüssiges Kühlmittel das gleiche wie Frostschutzmittel?

Flüssiges Kühlmittel und Frostschutzmittel werden manchmal synonym verwendet.

Sie sind nicht gleich. Frostschutzmittel ist der chemische Inhaltsstoff, der den Gefrierpunkt senkt und den Siedepunkt einer wasserbasierten Flüssigkeit erhöht. Kühlmittel ist das Gemisch aus Frostschutzmitteln und Wasser, das die Temperatur des Motors reguliert.

Das Kühlmittel hält in erster Linie die Temperatur eines Systems und verhindert dessen Überhitzung. Es fungiert als Wärmeübertragung Flüssigkeit in Fertigungsanwendungen, Automobil und als Schneidflüssigkeit in der Metallbearbeitung, Bearbeitungsprozessen und industriellen Rotationsmaschinen.

Kühlmittel ist ein 50-50-Verhältnis von Frostschutzmittel und Wasser, was bedeutet, dass Frostschutzmittel nichts anderes als eine Kühlmittelkomponente ist.

Warum fügen wir Frostschutzmittel hinzu?

Wassergekühlte Motoren müssen vor Frost, Erwärmung und Korrosion geschützt werden.

Wasser nimmt jedoch im Vergleich zu den meisten anderen Flüssigkeiten eine größere Wärmemenge auf. Aber es gefriert bei einer relativ hohen Temperatur und außerdem ist es korrosiv.

Eine Mischung aus Frostschutzmittel und Wasser ergibt eine ausreichende Kühlmittellösung mit:

• Verbesserte Korrosionsschutzeigenschaften
• unterer Gefrierpunkt
• höher Siedepunkt aus Wasser

Ethylenglykol ist eine Chemikalie, die sich sehr gut als Frostschutzmittel eignet. Es mischt sich gut mit Wasser und lässt es aufgrund seiner niedrigen Viskosität einfach durch das Wasser zirkulieren Kühlsystem.

Welche Flüssigkeit wird als Kältemittel verwendet?

Für eine Flüssigkeit zur Verwendung als Kältemittel es muss wenige Eigenschaften aufweisen, die in einer Flüssigkeit bei Raumtemperatur schwer zu finden sind.

Das einzige Kältemittel, das unter normalen atmosphärischen Bedingungen in flüssiger Form vorkommt, ist Wasser (R718). Die kommerzielle Nutzung von Wasser als Kältemittel ist jedoch minimal.

Um in weitere Details einzutauchen, müssen wir verstehen…

Was Kältemittel bewirken

Kältemittel sind die primären Wärmeträger in einer HLK-Anlage.

Sie nehmen während der Verdampfung Wärme auf, wodurch der Kälteeffekt bei niedriger Temperatur und Druck entsteht, und geben Wärme an Kühlmedien ab, bei denen es sich normalerweise um Wasser oder Umgebungsluft während der Kondensation bei hoher Temperatur und hohem Druck handelt. Ein schematisches Diagramm eines Kühlsystems ist unten dargestellt:

In einer Kühlung System ist es erwünscht, dass während des Verdampfungszyklus (der den niedrigsten Druck aufweist) der Kühlsystemdruck über dem Atmosphärendruck gehalten wird, so dass kein nicht kondensierendes Gas (gelesene Luft) in das System eindringt und das System ineffizient macht.

Die Verdampfungsdrücke (40 °F) und Verflüssigungsdrücke (100 °F) aller üblicherweise verwendeten Kältemittel liegen über dem Atmosphärendruck (Quelle: S. 410, Handbuch für Klimatisierung und Kühlung, Auth Shan K. Wang, McGraw-Hill Pub). Dies impliziert, dass alle normalerweise in der Industrie verwendeten Kältemittel Gase mit normalem atmosphärischem Druck und normaler Temperatur sind.

Arten von Kältemitteln

Die ersten verwendeten Kältemittel waren Luft und Ammoniak. Dann kamen die FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) und H-FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) und wurden bis in die 1980er Jahre ausgiebig verwendet. Aufgrund der Umweltbedenken von FCKW und H-FCKW werden diese schrittweise abgeschafft und durch neue Formulierungen ersetzt, die wie folgt klassifiziert werden können:

• Fluorkohlenwasserstoffe: HFKW sind eine Kombination aus Wasserstoff-, Fluor- und Kohlenstoffatomen. Durch das Fehlen von Chloratomen sind sie umweltverträglich und es besteht keine Gefahr des Ozonabbaus. Sie werden durch das Präfix HFC ausgewählt.
• Azeotrop: Azeotrope sind Mischungen oder Blends, die durch konstante Siedepunkte gekennzeichnet sind. Die Kältemittelgemische werden als azeotrop bezeichnet, wenn sich an keiner Stelle des Dampf-Flüssigkeits-Gemischs die Zusammensetzung ähnlich der einer einzelnen Komponente ändert. Sie verdampfen und kondensieren bei einer festen Temperatur unter konstanten Druckbedingungen.
• Nahezu azeotrop und zeotrop: Diese Kältemittelgemische verhalten sich während des Phasenwechsels wie eine einzelne Komponente. Die Phasenänderung findet jedoch nicht bei einer einzigen Temperatur statt, sondern über einen Bereich. Dieser Bereich ist für nahezu azeotrope Mischungen niedriger und für zeotrope Mischungen höher.

Die Auswahl des richtigen Kältemittels ist wichtig für einen effizienten und sicheren Betrieb von a Heizungs- und Lüftungssystem System funktionieren.

Kriterien für die Auswahl von Kältemitteln

Eine gute Kältemittel müssen bestimmte Eigenschaften erfüllen, um wirtschaftlich und umweltverträglich und sicher für die Verwendung an einem gesperrten Ort zu sein. Faktoren, die bei der Auswahl eines Kältemittels berücksichtigt werden, sind:

• Sicherheitsanforderungen: Aus den Rohrverbindungen, Dichtungen oder anderen Teilen kann während der Installation, des Betriebs oder eines Unfalls Kältemittel austreten. Daher müssen Kältemittel für Menschen und Herstellungsverfahren ausreichend sicher sein, ohne Toxizität oder Entflammbarkeit. Ammoniak ist ein Beispiel für giftige Kältemittel.
• Kühlkapazität: Kälteleistung ist definiert als das Volumen (gemessen in cfm) an Kältemittel, das zur Erzeugung von 1 Tonne Kälte benötigt wird. Je nach Eigenschaften des KältemittelsB. seine latente Wärme und sein spezifisches Volumen, wäre das Kältemittelvolumen unterschiedlich, was die Größe des erforderlichen Kompressors beeinflusst und somit sowohl die Fix- als auch die Betriebskosten beeinflusst.
• Physikalische Eigenschaften: Physikalische Eigenschaften eines Kältemittels, wie z. B. seine Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, dielektrische Eigenschaften usw. spielen ebenfalls eine wesentliche Rolle.

Warum ist die Gasleitung größer als die Flüssigkeitsgröße in AC

Das Design jeder Komponente kann basierend auf der darin verwendeten Materiephase erfolgen.

Aufgrund ihrer geringeren Dichte nehmen Gase bei gleicher Masse ein größeres Volumen ein als Flüssigkeiten. Der flüssige Zustand muss durch einen kleineren Rohrdurchmesser gepumpt werden, um die gleichen Geschwindigkeiten aufrechtzuerhalten.

Mit anderen Worten, für das gleiche Massendurchflussraten, um die gleichen Geschwindigkeiten aufrechtzuerhalten, muss Flüssigkeit in ihrem flüssigen Zustand durch eine Fläche zirkuliert werden, die niedriger ist als die gleiche Flüssigkeit in ihrem Dampfzustand.

Genau das passiert in einem Klima- oder Kühlsystem. Um den Systemdruckabfall und die Geschwindigkeit über das Kühlsystem aufrechtzuerhalten, werden Gasleitungen daher größer bemessen als Flüssigkeiten.

Wie wird die Liniengröße festgelegt?

Die Liniendimensionierung wird basierend auf entschieden Druckabfall, Geschwindigkeits- und Phasenänderungen der Kältemittel stattfinden.

Wenn das Fluid von der flüssigen in die dampfförmige Phase wechselt, nimmt die Geschwindigkeit zu. Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt der Druckabfall zu. Um sowohl den Druckabfall als auch die Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, sind die Leitungsgrößen für die Flüssigkeits- und Dampfphase unterschiedlich.

Schauen wir uns das Kühlsystem an und sehen wir, wie das Kältemittel durch die vier Abschnitte einer Klimaanlage fließt.

• Verdampfer zu Kompressor: Gesättigter Niederdruckdampf
• Kompressor zum Kondensator: Hochdrucküberhitzter Dampf
• Kondensator zum Expansionsgerät: Hochdruckunterkühlte Flüssigkeit.
• Expansionsventil zum Verdampfer: ein Niederdruck-Flüssigkeits-Dampf-Gemisch

Eine Abbildung des Kühlsystems ist unten dargestellt:

Wie in der Abbildung oben gezeigt, ist die Kältemittel tritt aus der Expansionsvorrichtung in Form einer kalten Flüssigkeit mit niedrigem Druck und einer gewissen Dampfmenge als Ergebnis der Expansionskühlung oder des Joules-Thompson-Effekt. Aufgrund der Wärmeübertragung vom Kältemittel an die warme Außenluft verwandelt sich das Kältemittel durch Sieden in Dampf.

Der kalte Unterdruck Dampf wird dann komprimiert durch den Kompressor, wodurch dessen Temperatur und Druck erhöht werden. Dieser heiße Hochdruckdampf kondensiert im Kondensator.

Der Auslass des Kondensators ist unterkühlte Flüssigkeit. Dieses unterkühlte flüssige Kältemittel fließt dann vom Kondensator zum Expansionsventil und der Kreislauf wird fortgesetzt.

Was sind die Designziele des Rohrleitungssystems?

Die wichtigsten Konstruktionsziele von Kälteanlagen sind die Maximierung der Systemzuverlässigkeit und die Reduzierung der Installationskosten.

Um dasselbe zu erreichen, muss das Kältemittel mit der richtigen Geschwindigkeit durch das System transportiert werden, um die Designaspekte beizubehalten und auch bei minimalen Kapital- und Betriebskosten.

Die primären Designziele sind wie folgt:

• Regelmäßige Rückführung des Schmieröls zum Kompressor.„
• Es findet kein Verdampfen der Flüssigkeit statt, bevor das Kältemittel in das Expansionsgerät eintritt.
• Die Druckabfälle des Systems liegen innerhalb akzeptabler Grenzen und es findet kein Kapazitätsverlust statt.
• Die gesamte Kältemittelfüllung im System ist wirtschaftlich.“

Schmieröl wird benötigt, um die beweglichen Teile eines Kompressors zu schmieren und abzudichten. Da der Kühlprozess ein geschlossenes SystemDas Öl ist zusammen mit dem Kältemittel vorhanden und wird zusammen mit dem Kältemittel durch das System gepumpt. Daher ist es wichtig, dass das Kältemittel, ob in flüssiger oder dampfförmiger Form, eine ausreichende Geschwindigkeit hat, um das Öl mitzunehmen.

Beginnen wir mit der Saugleitung oder der Leitung, die den Verdampfer mit dem Kompressor verbindet. Diese Gasleitung muss eine ausreichende Geschwindigkeit haben, um das mitgerissene Öltröpfchen zum Kompressor zu befördern.

Als nächstes kommt die Kompressorauslassleitung, die bei hohem Druck und hoher Temperatur arbeitet und Dampf an den Kondensator liefert. So bleibt die Massendurchflussraten quer durch das System, um ähnliche Geschwindigkeiten aufrechtzuerhalten, ist die bei höheren Dampfdichten (aufgrund des höheren Drucks) arbeitende Druckleitung vergleichsweise kleiner als die Saugleitung.

Am meisten Die kritische Rohrleitung im Kühlsystem ist die Flüssigkeitsleitung der den Kondensator mit dem Expansionsgerät verbindet. Von den drei Rohren hat die Flüssigkeitsleitung den größten Einfluss auf die Kältemittelmenge, die zum Befüllen des Systems erforderlich ist, und daher wird ihre richtige Dimensionierung kritisch.

Eine größere Rohrgröße würde einen höheren Kältemitteldurchfluss erfordern, um das Rohr zu füllen. Andererseits würde eine Verringerung der Größe des Rohrs dazu führen Druckabfall Ausgaben. Der Druckabfall in der Leitung muss klein genug sein, damit vor dem Eintritt des Kältemittels in das Expansionsgerät keine Verdampfung in der Leitung auftritt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Gas-Flüssigkeits-Rohrleitungen in einem Kühlsystem so ausgelegt sind, dass sie den Druckabfall minimieren und somit die Kosten für die Verdichtungsenergie reduzieren. Entsprechende Geschwindigkeiten sind vor allem in der Gasphase einzuhalten, um die zur Schmierung erforderlichen mitgerissenen Öltröpfchen mit dem Kältemittel mitzuführen.

Gas, das leichter ist und eine niedrige Dichte hat, erfordert für den gleichen Kältemittelmassenstrom eine größere Rohrgröße als Flüssigkeit. Schließlich wird die Flüssigkeitsleitungsgröße minimiert, um den Kühlbedarf zu reduzieren. Seine Größe ist jedoch durch den im Rohr zulässigen Druckabfall begrenzt, um zu verhindern, dass es gespült wird, bevor es die Expansionsvorrichtung erreicht.

Sangeeta Das

Ich bin Sangeeta Das. Ich habe meinen Master in Maschinenbau mit Spezialisierung auf Verbrennungsmotoren und Automobile abgeschlossen. Ich verfüge über rund zehn Jahre Erfahrung in Industrie und Wissenschaft. Mein Interessengebiet umfasst Verbrennungsmotoren, Aerodynamik und Strömungsmechanik. Du kannst mich unter ... erreichen