Grundlegende Kühlung: Thermodynamik der Wärmeübertragung

Menschen, die nicht in der Kältebranche tätig sind, denken oft, dass Kühlgeräte kalte Luft produzieren; Tatsächlich entziehen die Geräte der Luft Wärme und hinterlassen den Rest – die Kälte. Wenn der Sensor feststellt, dass die Zieltemperatur erreicht wurde, kann das Gerät eine Pause einlegen, und wenn die Temperatur wieder steigt, geht das Gerät wieder weiter.

Es ist ein ziemlich einfaches Konzept, aber wir alle wissen, dass Kühlgeräte mehr sind. In diesem Artikel erfahren Sie, wie Wärme fließt und welche Faktoren die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung bestimmen. Außerdem erfahren Sie mehr über die vier Gesetze, die beschreiben, wie sich Temperatur- und Druckänderungen auf den Zustand des Kältemittels in einem abgedichteten Rohrleitungssystem auswirken. Als Techniker müssen Sie all dies wissen, wenn Sie Gerätefehler beheben.

Es gibt drei verschiedene Methoden der Wärmeübertragung:

Nachdem Sie nun die verschiedenen Methoden der Wärmeübertragung verstanden haben, müssen Sie wissen, was die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung beeinflusst:

Kältemittel werden aufgrund spezifischer Eigenschaften ausgewählt und ihr Verhalten ist entscheidend für den Wärmeabfuhrprozess. Durch Manipulation von Temperatur und Druck ist es möglich, einen Zustand zu schaffen, der es dem Kältemittel ermöglicht, Wärme entweder aufzunehmen oder abzugeben.

In einem geschlossenen oder geschlossenen Kühlsystem sind die Kältemittelleitungen vollständig angeschlossen und nicht dem Außenluftdruck ausgesetzt. Zu den Komponenten gehören Kompressor, Kondensator und Verdampfer (siehe Abbildung 1).

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ABBILDUNG 1: Kühlsysteme enthalten Komponenten wie Kompressor, Kondensator und Verdampfer. (Mit freundlicher Genehmigung von Heatcraft)

Im flüssigen Zustand ist das Kältemittel bereit, Wärme beispielsweise vom begehbaren Kühler durch das System zum Außenwärmetauscher zu übertragen. Flüssigkeiten können nicht komprimiert werden, daher gelangt Kältemittel als heißer Dampf in den Einlass des Kondensators und bewegt sich durch die Kanäle der Kondensatorschlange. Da zwischen der Außenluft und dem heißen Dampf ein Temperaturunterschied besteht, wird Wärme übertragen und das Kältemittel ändert seinen Zustand vom gasförmigen in den flüssigen Zustand, wenn es den Kondensatorauslass verlässt.

Der in Abbildung 1 dargestellte Flüssigkeitssammler nimmt einfach unterkühlte Flüssigkeit auf und fließt dann zum thermischen Expansionsventil (TXV) oder elektrischen Expansionsventil (EEV). Wenn es das TXV oder EEV verlässt, gelangt das Kältemittel zu einem Verteiler, der den Fluss des flüssigen Kältemittels auf alle Öffnungen der Verdampferschlange verteilt. Hier sinkt der Kältemitteldruck und die Temperatur sinkt. Diese beiden Faktoren sind direkt proportional.

In der Verdampferschlange kommt es aufgrund des Druckabfalls zu einem erheblichen Temperaturabfall. Die wärmere Luft, die über die Spule geblasen wird, gibt einen Teil der Wärme ab, die vom kälteren Kältemittel absorbiert wird, das durch die Saugleitung zurück zum Kompressor gesaugt wird. Der Kältemitteldampf gelangt in den Kompressor, der Kältemittel als heißes Gas ausstößt, das dann in den Einlass der Verflüssigungsschlange gelangt, wo es abgeführt wird oder die vom Verdampfer gesammelte Wärme an die Außenumgebung abgibt. Dabei ändert es seinen Zustand von einem heißen Gas in eine unterkühlte Flüssigkeit. Dann beginnt der Zyklus von vorne.

Es gibt eine Reihe von Gesetzen, die diese Zustandsänderungen von Dampf zu Flüssigkeit regeln. Wenn sich Kältemittel in einem geschlossenen System befindet, haben mehrere Faktoren Einfluss darauf, ob es sich im flüssigen oder gasförmigen (Dampf-)Zustand befindet. Es gibt vier Gesetze, die das Verhalten des Kältemittels beschreiben:

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FIGUR 2: Das Gesetz von Boyle besagt, dass der Druck eines idealen Gases (ein Gas ohne Schadstoffe) bei konstanter Temperatur umgekehrt proportional zu seinem Volumen ist. (Mit freundlicher Genehmigung von Heatcraft)

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FIGUR 3: Das Gesetz des perfekten Gases besagt, dass sich der Druck des Kältemittels erhöht, wenn es erhitzt wird, und dass der Druck des Kältemittels abnimmt, wenn es abgekühlt wird. (Mit freundlicher Genehmigung von Heatcraft)

All diese Informationen können Technikern helfen, bei der Fehlerbehebung besser zurechtzukommen. Wenn Sie wissen, wie die Ausrüstung funktionieren soll, können Sie sie vergleichen.

Dies ist der erste Teil einer dreiteiligen Basic Refrigeration-Serie. Lesen Sie den Rest, der auch Folgendes behandelt:

Um mehr über die Fehlerbehebung bei Kühlsystemen zu erfahren, können Techniker an einer persönlichen technischen Schulung in der Schulungseinrichtung von Heatcraft in Stone Mountain, Georgia, teilnehmen.