Wie Industriekühler funktionieren

Wofür werden Industriekühler eingesetzt?
In einem idealen Kreislauf spielt der Kondensator eine Doppelrolle. Bevor es zur Kondensation kommt, muss der Hochdruckdampf zunächst gesättigt (enthitzt) werden. Es muss ausreichend Wärme vom Kältemittel übertragen werden, um seine Temperatur auf die Sättigungstemperatur zu senken. An diesem Punkt beginnt die Kondensation. Da weiterhin Wärme vom Kältemitteldampf an die Luft (oder Wasser, wenn ein Wasserkondensator verwendet wird) übertragen wird, nimmt die Qualität des Kältemittels (der Prozentsatz des Kältemittels im Dampfzustand) weiter ab, bis das Kältemittel vollständig kondensiert. In einem idealen System geschieht dies am Ausgang des Kondensators. In der realen Welt wird es am Kondensatoraustritt zu einer gewissen Unterkühlung kommen. Wenn das Kältemittel in Rohren und Bauteilen einen Druckverlust erleidet, verhindert die unterkühlte Flüssigkeit, dass die Flüssigkeit verdampft.

Das Kältemittel befindet sich nun in flüssigem Zustand und steht unter hohem Druck und hoher Temperatur. Bevor es zu einem nutzbaren Wärmeträgermedium werden kann, muss es weitere Veränderungen erfahren. Die Temperatur sinkt. Dies wird durch die Reduzierung des Drucks erreicht. Sie können davon ausgehen, dass es sich bei der Beziehung zwischen Kältemitteldruck und -temperatur um ein absolut zuverlässiges Gesetz handelt. Wenn der Druck der gesättigten Flüssigkeit sinkt, muss diese aufgrund ihres Existenzgesetzes bei dem neuen Druck die Sättigungstemperatur annehmen.

Um die Temperatur zu senken, muss daher der Druck gesenkt werden, und hierfür ist eine gewisse Begrenzung erforderlich. Wünschenswerter wäre es, wenn der Grenzwert selbständig angepasst werden könnte, wenn sich die Anforderungen an die Systemlast ändern. Genau das leistet das thermostatische Expansionsventil. Dabei handelt es sich um eine einstellbare Begrenzungsvorrichtung, die dazu führen kann, dass der Druck des flüssigen Kältemittels sinkt, sie ist jedoch so eingestellt, dass am Auslass des Verdampfers eine konstante Überhitzung aufrechterhalten wird. Das thermostatische Expansionsventil ist ein Überhitzungsschutzgerät und hält den Dampfdruck nicht konstant. Es werden nur die Grenzwerte angegeben, die erforderlich sind, um den Druck auf ein bestimmtes Niveau zu senken, das durch die Größe des Kompressors, das thermostatische Expansionsventil, die Lastgröße, den Lastbedarf und die Systembedingungen bestimmt wird. Ist eine konstante Verdampfertemperatur erforderlich, kann diese ganz einfach durch die Aufrechterhaltung eines Drucks erreicht werden, der der gewünschten Sättigungstemperatur entspricht. Dies wird durch den Einbau eines Verdampferdruckregelventils in das System erreicht.

In unserem idealen Zyklus kam es zu einem Druckabfall durch ein thermostatisches Expansionsventil. Bei der Vermischung von Flüssigkeit und Dampf darf es weder zu einer Unterkühlung noch zu einer Überhitzung kommen. Daher liegt der Druck überall im System, wo sich das Kältemittel in zwei Zuständen befindet, bei der Sättigungstemperatur.

Um die zum Erreichen dieser niedrigeren Temperatur erforderliche Wärme abzuführen, muss etwas flüssiges Kältemittel zum Sieden gebracht werden. Ein weiterer Wärmeübertragungsprozess führt zu einer niedrigeren Flüssigkeitstemperatur. Die beim Sieden verlorene Flüssigkeit verdeutlicht die Verbesserung der Kältemittelqualität. Je größer der Unterschied zwischen der Flüssigkeitstemperatur und der Verdampfertemperatur ist, desto mehr Flüssigkeit muss zum Sieden gebracht werden, um die neue Sättigungstemperatur zu erreichen. Dies führt zu einer höheren Kältemittelqualität.

Der letzte Teil des Kältemittelhubs ist eine Mischung aus gesättigter Flüssigkeit und Dampf, die durch die Verdampferleitung strömt. Warme Luft strömt durch den Verdampfer und ihre Wärme wird an das siedende Kältemittel übertragen. Dabei handelt es sich um den latenten Wärmegewinn des Kältemittels, der nicht gleichzeitig zu einer Temperaturerhöhung und Zustandsänderungen führt. In einem idealen Zyklus siedet das letzte Molekül gesättigter Flüssigkeit am Verdampferauslass, der mit dem Kompressoreinlass verbunden ist. Daher ist der Dampf am Kompressoreinlass gesättigt.