Grundlegender Kühlkreislauf

Basic refrigeration cycle – Linde circuit | Areacademy

Was ist ein Kühlkreislauf und wie funktioniert er?

Der einfache Kühlkreislauf besteht aus vier Hauptprozessen: Verdichtung, Kondensation, Expansion und Verdampfung. Diese Prozesse finden jeweils im Verdichter, im Verflüssiger, im Expansionsventil und im Verdampfer statt. Die folgende Abbildung zeigt das Schema des Kühlkreislaufs mit den oben genannten Prozessen, die auch im log(p)-h-Diagramm dargestellt werden können, wie in Abbildung 1 gezeigt. Diese thermodynamischen Prozesse bilden einen geschlossenen Kreislauf, der als theoretischer Linde-Kreislauf bezeichnet wird und der Standardkreislauf für reale Verdichterkälteanlagen ist.

Verdichtungsprozess

Wie in Abb. 1 dargestellt, beginnt der grundlegende Kühlkreislauf am Punkt 1′. Hier saugt der Verdichter den überhitzten Kältemitteldampf durch die Saugleitung an und beginnt ihn zu verdichten. Der Druck, die Temperatur und die Energie des komprimierten Dampfes steigen schnell an. Das spezifische Volumen hingegen nimmt deutlich ab. Die Verdichtung endet am Punkt 2, der die Parameter des aus dem Verdichter austretenden Dampfes bestimmt. An diesem Punkt haben die Temperatur und die Energie des Kältemitteldampfes den höchsten Wert im gesamten Zyklus.

Kondensationsprozess

Der Abstand zwischen den Punkten 2 und 3 stellt den Prozess der Abkühlung dieses überhitzten Hochdruckdampfes bis zu dem Punkt dar, an dem er zu kondensieren beginnt. Seine Energie und sein spezifisches Volumen nehmen leicht ab. Bei Punkt 3 ist der Dampf nicht mehr überhitzt. Stattdessen wird er zu 100 % gesättigt (x = 1).

Der Kondensationsprozess wird zwischen den Punkten 3 und 4 dargestellt. Dabei handelt es sich um einen Phasenübergang, bei dem ein gesättigter Dampf allmählich zu einer gesättigten Flüssigkeit wird. Bei diesem Vorgang wird viel Energie in Form von Wärme freigesetzt, die abgeführt werden muss. Die Kondensation erfolgt unter konstanten Druck- und Temperaturbedingungen und endet an Punkt 4, wo die Qualität „x“ des Kältemittels gleich Null ist (x = 0).

Expansionsprozess

In der Praxis wird üblicherweise empfohlen, das flüssige Kältemittel leicht zu unterkühlen. Die Unterkühlung erfolgt von Punkt 4 bis 4′ und sorgt dafür, dass flüssiges Kältemittel in das Expansionsventil gelangt. Mit der Unterkühlung erhöht sich auch die spezifische Kälteleistung (das Segment zwischen Punkt 5 und 1 in der Tabelle).

Mit dem Expansionsventil wird der Druck des Kältemittels gesenkt, das als unterkühlte Flüssigkeit eintritt (Punkt 4′) und als Flüssigkeits-Dampf-Gemisch bei Punkt 5 austritt. Die Qualität dieses Gemischs hat einen Wert zwischen null und eins (0 < x < 1). Der Expansionsprozess wird als isenthalpischer Prozess behandelt – die Energie (Enthalpie, kJ/kg) des Kältemittels ist konstant.

Verdampfungsprozess

Die Linie zwischen den Punkten 5 und 1 zeigt den Verdampfungsprozess bei konstanter Temperatur und konstantem Druck. Die Wärmelast des gekühlten Mediums wird über die Wärmetauscherfläche des Verdampfers auf das Kältemittel übertragen. Dadurch erhöht sich die Energie des Kältemittels erheblich. Wenn die gesamte flüssige Phase des Flüssigkeits-Dampf-Gemisches verdampft ist, wird Punkt 1 erreicht, der den gesättigten Kältemitteldampf definiert (x = 1).

Abschließend strömt der gesättigte Kältemitteldampf durch die Saugleitung. In diesem Abschnitt kontrollieren wir die Überhitzung des Kältemittels, um sicherzustellen, dass das in den Verdichter eintretende Kältemittel keine flüssige Phase enthält. Der gesamte Zyklus endet am Punkt 1′, wo das spezifische Volumen des überhitzten Kältemittels am höchsten ist und der Verdichtungsprozess erneut beginnt.

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