Grundlegende Kühlung: Hauptkomponenten im System

Bevor Techniker über die Installation oder Fehlerbehebung eines Kühlsystems nachdenken können, müssen sie die Hauptkomponenten dieses Systems verstehen. Teil 1 dieser Serie befasste sich mit den Grundlagen der Wärmeübertragung, während sich dieser Artikel mit den verschiedenen Komponenten befasst, aus denen ein Standardkühlsystem besteht.

Als Herzstück eines Kühlsystems ist der Kompressor eine Dampfpumpe, die die erforderlichen Druckunterschiede zwischen der Nieder- und Hochseite des Systems erzeugt. Darüber hinaus wird die Temperatur des Kältemittels auf ein nutzbares Niveau erhöht. Die Temperatur des Kältemittels muss höher sein als die der Umgebungsluft, sonst findet keine Wärmeübertragung statt. Wärme fließt immer von einer heißeren Quelle zu einer kühleren Quelle. Um abgeführt zu werden, muss das Kältemittel also heißer sein als die Außentemperatur. Erst dann erfolgt die Wärmeübertragung.

Der Kompressor muss außerdem in der Lage sein, eine ausreichende Kältemittelmenge zu pumpen und die verwendeten Kältemittel aufzunehmen.

Das Messgerät steuert den Kältemittelfluss in den Gerätekühler, auch Verdampfer genannt, und regelt den gewünschten Druck bis zum Siedepunkt des Kältemittels. Wenn der Druck des Kältemittels gesenkt werden kann, kann es bei einer niedrigeren Temperatur sieden.

Wenn es den Siedepunkt erreicht hat, ist es bereit, eine neue Ladung Wärme aufzunehmen. Die Wärme kommt von der Luft, die von einem Ventilator, der über den Verdampfer läuft, über den Verdampfer gedrückt wird. Wenn diese Luft wärmer als das siedende Kältemittel ist und mit den Kühlschlangen in Kontakt kommt, findet eine Wärmeübertragung auf das Kältemittel statt.

Ebenso wie der Kompressor muss das Messgerät entsprechend dimensioniert und mit den verwendeten Kältemitteln kompatibel sein. Die Hauptaufgabe dieses Geräts besteht darin, die richtige Überhitzung aufrechtzuerhalten, um den Kompressor vor der Flüssigkeit zu schützen, die bei zu niedrigen Temperaturen durch die Saugleitung strömen kann.

Es gibt zwei Haupttypen von Messgeräten: das thermostatische Expansionsventil (TXV) und das elektronische Expansionsventil (EEV). Obwohl mechanische TXVs zuverlässig sind, sind EEVs viel genauer und reagieren auf Druck- und Temperaturänderungen. Abbildung 1 vergleicht ihre Effizienz, beginnend bei 30 °F. Mit dem TXV dauert es etwa zwei Stunden, bis eine Überhitzung von 10 °F erreicht ist, und mit dem EEV im stationären Betrieb dauert es deutlich weniger Zeit.

Abbildung 1

TXV VS. EEV: Vergleich der Effizienz des TXV (blaue Linie) und des EEV (rote Linie). (Mit freundlicher Genehmigung von Heatcraft)

Bei Verwendung eines TXV ist die Platzierung der Sensorbirne wichtig, die in Abbildung 2 detailliert dargestellt ist. Eine feste Verbindung ist erforderlich, da die Wärme vom Rohr in den Fühler übertragen werden muss. Es sollte gut isoliert sein, da seine Aufgabe darin besteht, die Temperatur des Rohrs und nicht die Temperatur der umgebenden Luft zu messen. In Abbildung 3 kann das Öl in der Leitung die tatsächliche Temperatur des Dampfes isolieren, daher muss sich die Messbirne über der wahrgenommenen Öllinie befinden, um einen genauen Messwert zu erhalten. Obwohl diese Zahlen als Richtlinie dienen können, prüfen Sie immer die Richtlinien des Ventilherstellers, um die richtige Platzierung zu bestimmen.

Figur 2

PLATZIERUNG DER GLÜHBIRNEN: Bei Verwendung eines TXV ist die Platzierung der Sensorbirne wichtig. (Mit freundlicher Genehmigung von Heatcraft)

Figur 3

ROHRTEMPERATUR: Die Aufgabe des TXV besteht darin, die Temperatur des Rohrs und nicht die Temperatur der umgebenden Luft zu messen. (Mit freundlicher Genehmigung von Heatcraft)

Das EEV verfügt über ein separates Sensorgerät – einen temperaturempfindlichen Widerstand namens NTC, der den Widerstandswert je nach Temperatur ändert. NTC steht für negativer Temperaturkoeffizient, was bedeutet, dass bei steigender Temperatur der Widerstand sinkt. Der Thermistor ist normalerweise auf 10.000 Ohm bei einer bestimmten Temperatur eingestellt, im Allgemeinen auf 77 °F (oder 25 °C). Da dieser Sensortyp für alle Messzwecke verwendet wird, verwenden die meisten Hersteller drei Thermistoren; Einige verwenden jedoch zum Abtauen ein Bimetallgerät mit unterschiedlichen Ausdehnungsgeschwindigkeiten. Dieses Gerät kann je nach Temperatur einen Stromkreis schließen oder unterbrechen.

Die meisten Hersteller verwenden einen dreiadrigen kapazitiven Druckwandler, der eine flexible Membran verwendet, um die Ausgangsspannung zu variieren. Basierend auf dieser Ausgabe wird der Spannungswert in einen Druckwert umgewandelt. Die Steuerung erkennt diese Druckunterschiede anhand der Wandlerausgabe.

Das Kurbelgehäuse-Druckreglerventil (CPR), das sich an den Auslässen des Verdampfers befindet, trägt dazu bei, eine Überlastung des Kompressors während des Startvorgangs bei hoher Belastung zu verhindern, beispielsweise in einem Gefrierschrank nach einem Abtauzyklus. Wenn die Temperatur steigt, steigt auch der Druck, was den Kompressor zusätzlich belasten kann. Beim Start muss die Trägheit überwunden werden und der Rotor muss sich wieder zu drehen beginnen. Dieses Gerät lässt den Druck nur auf eine vorgegebene Höhe ansteigen, um den Start zu erleichtern.

Das an derselben Stelle angebrachte Ventil des Verdampferdruckreglers (EPR) soll verhindern, dass der Verdampferdruck unter einen vorgegebenen Wert oder eine vorgegebene Einstellung fällt. Bei abnehmender Verdampferlast wird bei der Ventileinstellung eine konstante Verdampfungstemperatur aufrechterhalten. EPR-Ventile finden sich üblicherweise in Racksystemen, in denen mehrere Systeme miteinander verbunden sind.

Wie der Name schon sagt, sammelt der Saugspeicher Kältemittel aus der Saugöffnung und sorgt so für zusätzliche Sicherheit im System. Zur Sicherheit gelangt das Kältemittel in einen Behälter, wo es verdampfen und verdampfen kann, bevor es zum Kompressor gelangt. Da sich auch etwas Öl mit dem Kältemittel bewegt, saugt ein Niederdruckbereich am Boden des Akkumulators das Öl in ein kleines Loch und führt es zum Kompressor zurück, wo es die beweglichen Teile schmiert.

Bei Niedertemperaturanwendungen ist es schwieriger, das gesamte Kältemittel in Dampf umzuwandeln, sodass ein Auskoch-Saugspeicher erforderlich ist. Zusätzliche Kühlleitungen dienen dazu, das Kältemittel zu erwärmen und zum Sieden zu bringen.

Der Filtertrockner befindet sich im Flüssigkeits- und Saugbereich des Rohrleitungssystems. Seine Funktion besteht darin, Feuchtigkeit anzuziehen und zu binden, um sicherzustellen, dass nur Kältemittel und Kältemittelöl durchströmen. Immer wenn das Kühlsystem zur Reparatur oder zum Austausch einer Komponente geöffnet wird, sollte der Filtertrockner ausgetauscht werden, um ein sauberes, trockenes und leckagefreies, abgedichtetes System aufrechtzuerhalten.

Bei einem Ölabscheider wird das Öl über eine am Kurbelgehäuse des Kompressors befestigte Steuerung aus dem Vorratsbehälter zum Kompressor zurückgeführt. Es gibt vier grundlegende Arten von Trennzeichen:

In einer Verflüssigungsschlange kann das Kältemittel von einem Gas hoher Temperatur zu einer Flüssigkeit mittlerer Temperatur oder einer unterkühlten Flüssigkeit kondensieren.

Damit die Wärmeübertragung stattfinden kann, muss der Kompressor die Temperatur des Abgases auf ein nutzbares Niveau erhöhen. Dies muss konstant sein, egal wie kalt die Außenumgebungsbedingungen sind. Dies ist ein deutlicher Unterschied zur Klimaanlage, die auf Komfort und unterschiedlichen Temperaturen basiert. Bei der Kühlung kann es schwieriger sein, den Kopfdruck auf eine brauchbare Temperatur zu bringen, daher muss er durch den Einsatz von Kopfdruckregelventilen künstlich erhöht werden. Am einfachsten ist es, die Lüfter, die dafür verantwortlich sind, Luft durch die Spulen zu drücken, ein- und auszuschalten.

Eine andere Methode besteht darin, Druckregelventile mit einem oder zwei Köpfen zu verwenden. Der normale Fluss des Kältemittels erfolgt vom Kompressoreinlass der Verflüssigungsschlange und dann aus dem Auslass der Verflüssigungsschlange in den Empfänger, zum Messgerät und dann zurück zur Verdampferschlange und den Einlässen zum Kompressor, wodurch die geschlossen werden Schleife im System.

Wenn die Temperatur niedrig genug ist, sind diese Ventile so konzipiert, dass sie einen Teil des aus dem Kondensatorauslass austretenden Kältemittels zurückhalten. Das flüssige Kältemittel kann sich in den Verflüssigungsschlangen ansammeln und den Druck erhöhen. Gleichzeitig gibt es einen Weg durch die Druckregelung vom Kompressor bis zum Behälter, wodurch der Druck im Behälter ansteigt. Wenn dieser Druck hoch genug ist, lassen die Kopfdruckregelventile einen Teil der Flüssigkeit zum Empfänger fließen und regulieren so die für das Dosiergerät verfügbare Flüssigkeitsmenge. Obwohl Einzel- und Doppelventile das Gleiche bewirken, kann das Doppelventil etwas feiner abgestimmt werden, was für mehr Flexibilität sorgt.

Der unterkühlte Flüssigkeitsbehälter nimmt Flüssigkeit auf und stellt so sicher, dass genügend Kältemittel vorhanden ist. Der Bedarf des Systems variiert je nach Jahreszeit, wobei im Sommer mehr Kältemittel benötigt wird als im Winter.

Es gibt zwei Arten von Sekundärwärmetauschern: gelötete Plattenwärmetauscher und Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher. Diese ermöglichen die Wärmeübertragung zwischen flüssigem Kältemittel, das den Kondensator auf der Hochdruckseite des Systems verlässt, und Kältemitteldampf, der den Verdampfer auf der Niederdruckseite des Systems verlässt.

Das Magnetventil der Flüssigkeitsleitung unterstützt das Abpumpen des Systems. Wenn die eingestellte Temperatur erreicht ist, wird die Stromversorgung der Spule unterbrochen, sodass der Kolben das Ventil schließen und den Kältemittelfluss blockieren kann.

Im letzten Kapitel dieser dreiteiligen Serie schauen wir uns an, was passiert, wenn sich diese Komponenten schlecht verhalten. Es werden Schritte zur Fehlerbehebung bereitgestellt, um Technikern dabei zu helfen, so schnell wie möglich die Grundursache eines Problems zu ermitteln.

Dies ist der zweite Teil einer dreiteiligen Basic Refrigeration-Reihe. 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.