Grundkonzepte des Ansaug- und Ausstoßvorgangs einer Kältekompressors
In einem Kältekreislauf,KältekompressorEs ist das zentrale Antriebselement des Systems. Durch das kontinuierliche Ansaugen von Niederdruckgas und die Abgabe von Hochdruckgas wird der Kältemittelkreislauf aufrechterhalten. In diesem Prozess,AnsaugrohrundAuspuffrohrSie übernehmen jeweils die Aufgabe, Kältemittel niedrigen und hohen Drucks zu fördern, wobei beideVolumenstromDadurch zeigen sich völlig andere physikalische Eigenschaften.
Erhaltung der Massenströmung und Unterschied zur Volumenstromgröße
Um den Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom des Ansaug- und des Ausblaseleitungsrohres zu verstehen, ist zunächst die Unterscheidung zwischen Massenstrom und Volumenstrom zu klären. Unter idealen Betriebsbedingungen bei stabil geregelter Systemführung gilt gemäß dem Gesetz der Erhaltung der Masse, dass der vom Kompressor angesaugte Kältemittel‑Massenstrom im Wesentlichen mit dem abgegebenen Kältemittel‑Massenstrom übereinstimmt.
Allerdings ist der Volumenstrom gleich dem Massenstrom multipliziert mit dem spezifischen Volumen des Gases. Da der Kompressor an dem Kältemittelgas Verdichtungsarbeit leistet, ist der Druck am Austritt deutlich höher als am Ansaugstutzen, und die Temperatur steigt ebenfalls erheblich an. Diese Zustandsänderung führt dazu, dass das spezifische Volumen des Gases am Austritt stark abnimmt. Daher,Der Volumenstrom des Abgasrohrs ist deutlich geringer als der Volumenstrom des Ansaugrohrs..
Kernfaktoren, die den Volumenstromanteil beeinflussen
- KompressionsverhältnisJe größer das Verhältnis von Abgasdruck zu Ansaugdruck ist, desto stärker wird das Gas verdichtet, und der Unterschied im Volumenstrom zwischen Abgasleitung und Ansaugleitung wird umso deutlicher.
- Kältemittelphysikalische EigenschaftenDie spezifischen Volumina verschiedener Kältemittel bei gleicher Temperatur und gleichem Druck sind unterschiedlich, was sich unmittelbar auf die konkreten Werte der Volumenströme an beiden Enden auswirkt.
- Änderung der ÜberhitzungEine Erhöhung der Ansaugüberhitzung führt zu einem größeren spezifischen Volumen des Ansauggases und vergrößert dadurch den Volumenstrom im Ansaugleitungsstrang weiter.
Leitende Bedeutung für die Auslegung der Rohrleitungen in Kältesystemen
Die signifikanten Unterschiede im volumetrischen Gasdurchsatz bestimmen unmittelbar die Auslegungsnormen der Rohrleitungen des Kältesystems:
- Wahl des RohrdurchmessersAufgrund des hohen Volumenstroms im Ansaugrohr wird dessen Durchmesser in der Regel größer ausgelegt als der des Abgasrohrs, um die Strömungsgeschwindigkeit zu begrenzen und die Druckverluste zu verringern.
- Strömungsgeschwindigkeitsregelung und Rücklauf: Die Saugleitung muss eine bestimmte Mindestströmungsgeschwindigkeit aufweisen, um ein reibungsloses Rückführen des Schmieröls zum Kompressor zu gewährleisten; die Abluftleitung hingegen muss hinsichtlich ihrer Höchstströmungsgeschwindigkeit geregelt werden, um das Systemgeräusch und den Abgasdruckverlust zu verringern.
- DruckabfallmanagementDer Druckverlust in der Ansaugleitung verringert unmittelbar den volumetrischen Wirkungsgrad des Kompressors; daher ist bei hohen Volumenströmen eine optimierte Auslegung der Ansaugleitung und die Minimierung von Bögen von besonderer Bedeutung.
Optimierungsvorschläge für das Systemdesign
Die genaue Erfassung des Zusammenhangs zwischen den Volumenströmen in der Saug- und der Druckleitung einer Kältekompressors ist die Grundlage für ein effizientes Design von Kältesystemen. Durch eine sinnvolle Abstimmung der Rohrdurchmesser und eine geregelte Strömungsgeschwindigkeit lässt sich nicht nur der sichere Betrieb des Kompressors gewährleisten, sondern auch die Energieeffizienz des gesamten Kältesystems nachhaltig steigern.