Verdichteren – Definition, Klassifizierung und Typen

Was ist ein Verdichter und wie funktioniert er?

Ein Verdichter ist ein mechanisches Strömungsgerät, das dazu dient, den Druck eines Gases durch Verringerung seines Volumens zu erhöhen. Der Verdichter ist die Hauptkomponente grundlegender Kühlsysteme und wird oft als das „Herz des Kühlsystems“ bezeichnet. Er arbeitet wie eine Pumpe, um die Zirkulation des Kältemittels zu steuern. Das Grundprinzip des Verdichters besteht darin, einen Kältemitteldampf mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur aus dem Verdampfer anzusaugen und ihn dann auf hohen Druck und hohe Temperatur zu verdichten. Der charakteristische theoretische Parameter für Verdichter ist daher das Verdichtungsverhältnis, d. h. das Verhältnis des Gasdrucks am Verdichterausgang (Druckseite, p₂) zum Druck am Eingang (Saugseite, p₁).

Der Verdichtungsprozess unterscheidet sich je nach Technologie, Typ und Konstruktion des Verdichter. Verdichteren erzeugen während des Betriebs eine gewisse Wärme, die abgeleitet werden sollte, um eine Überhitzung zu vermeiden und die Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Kältemittelverdichter sind für die Verdichtung von Kältemitteldämpfen ausgelegt. Der Betrieb mit dem Kältemittel in der Flüssigphase kann zu Schäden am Verdichter führen.

Klassifizierung von Verdichtern nach dem Funktionsprinzip

Verdrängerverdichter

Die beiden Haupttypen von Verdrängerverdichtern sind Hubkolben- und Rotationsverdichter. Bei diesen Verdichtern wird der Kältemitteldampf in einem geschlossenen Raum verdichtet, indem sein spezifisches Volumen mechanisch verändert wird. Der Verdichtungsprozess findet in einem geschlossenen Arbeitsraum statt, der sich während des Zyklus verkleinert. Verdichter dieser Gruppe können Kolben, Spiralen, Schrauben und Rollkolben verwenden, um bei jedem Hub ein bestimmtes Gasvolumen zu fördern. Einer ihrer Vorteile ist, dass sowohl leichte als auch schwere Gase gleich gut verdichtet werden.

Dynamische Verdichteren

Das Funktionsprinzip dynamischer Verdichteren besteht darin, die kinetische Energie des Kältemitteldampfes im Rotor zu erhöhen, die dann in eine Druckerhöhung umgewandelt wird. Die Erhöhung des Gasdrucks erfolgt kontinuierlich, wenn entsprechend geformte bewegliche (Laufrad) und feststehende (Schaufel) Teile zusammenwirken. Die Einteilung der dynamischen Verdichter basiert auf den Formen des Rotors und den verschiedenen Strömungsrichtungen. Während des Verdichterzyklus wandelt das Kältemittel seine kinetische Energie in potenzielle Energie um. Der Kältemitteldampf wird in den Kanälen zwischen den Lamellen des Rotors beschleunigt, was zu einem Anstieg der kinetischen Energie führt. Diese wird im Diffusor in inkrementelle Druckenergie umgewandelt. Diese Verdichtertypen zeichnen sich durch eine geringe Verdichtung bei großen Volumenströmen des verdichteten Kältemittels aus. Man unterscheidet zwischen einstufigen und mehrstufigen Typen.

Einteilung der Verdichter nach der Gehäusekonstruktion

Um den Verlust des Kältemittels während des Langzeitbetriebs zu vermeiden, sollten die Verdichter mit sehr wirksamen Dichtungen ausgestattet sein oder sogar frei von allen Dichtungen und Öffnungen sein. Um zu beschreiben, wie der Verdichter gekapselt ist und wie der Motorantrieb gegenüber dem komprimierten Gas oder Dampf angeordnet ist, können wir zwischen drei Arten von Verdichtern unterscheiden:

Offene Verdichteren

Offene Verdichteren sind mit einem externen Motor ausgestattet, der die Welle antreibt, die durch das Gehäuse des Verdichter verläuft. Auf diese Weise sind der Motor und der Verdichter zwei getrennte Einheiten, die durch eine Welle über eine Kupplung oder einen Riemenantrieb verbunden sind. Der Innendruck wird durch Rotationsdichtungen um die Welle aufrechterhalten.

Der Hauptvorteil eines offenen Verdichters besteht darin, dass er von jeder beliebigen Antriebsquelle angetrieben werden kann, so dass der für die jeweilige Anwendung am besten geeignete Motor ausgewählt werden kann, oder sogar nichtelektrische Antriebsquellen wie Verbrennungsmotoren oder Dampfturbinen. Der zweite Vorteil ist, dass der Motor eines offenen Verdichters gewartet werden kann, ohne dass ein Teil des Kältemittelsystems geöffnet werden muss.

Halbhermetische Verdichter

Bei halbhermetischen Verdichtern sind der Verdichter und der Antriebsmotor in der Regel in einem einzigen verschraubten Gehäuse untergebracht. Es handelt sich um ein großes Metallgussgehäuse mit abgedichteten Deckeln und Schrauben. Die lösbare Schraubverbindung ermöglicht eine einfache Demontage des Gehäuses und den Austausch verschlissener Bauteile in Motor und Verdichter.

Hermetische Verdichter

Bei hermetischen Verdichtern (hermetisch abgedichtet) sind der Verdichter und der Motor immer integriert. Der Motor ist für den Betrieb innerhalb des Gehäuses ausgelegt und wird durch das verdichtete Kältemittelgas gekühlt. Ein hermetischer Verdichter verwendet ein einteiliges, geschweißtes Stahlgehäuse, das nicht geöffnet werden kann, um den Motorantrieb zu reparieren oder zu warten, das aber auch sicherstellt, dass es keinen Weg für das Gas gibt, aus dem System auszutreten.

Der Hauptvorteil eines hermetischen Verdichters ist das niedrige g/W-Verhältnis, da er dank seiner Konstruktion mit höheren Drehzahlen als offene und halbhermetische Verdichter arbeiten kann. Hermetische Verdichter haben eine viel einfachere Konstruktion als halbhermetische und offene Verdichter. Dies führt zu einer geringeren Ausfallrate, weniger Lärm und Vibrationen, weniger Platzbedarf bei der Installation und einer einfacheren Wartung. Hermetische Verdichter eignen sich auch hervorragend für die Invertertechnologie, insbesondere mit BLDC-Motoren. Im Vergleich zu den halbhermetischen Inverterverdichtern zeichnen sich die hermetischen Verdichter durch einen höheren Wirkungsgrad, einen geringeren Energieverbrauch und einen größeren Leistungsmodulationsbereich aus.