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A/C Special Teil II / B

Wiederbelebung von alten R12 Klimaanlagen
Teil II / B: Die Klimaanlage vom Verdampfer bis zum STV, Druck-Ausgleichs-Leitung, Öl-Bypass-Leitung und Verdampfungswärme

 

Verdampfer (Niederdruckseite):
Unmittelbar nach dem Durchströmen des Expansionsventils gelangt das flüssige Kältemittel im Verdampfer in die Niederdruckseite des Kältekreislaufes. Die Drücke der Niederdruckseite betragen etwa 1/9 der Drücke der Hochdruckseite.
Hier verdampft nun das Kältemittel (welches eben noch unter hohem Druck gestanden hat), da es im Verdampfer einem wesentlich geringeren Druck von ca. 1,9 – 2,1 bar ausgesetzt ist. Aus der Verdampfungskurve wissen wir, daß das Verdampfen des Kältemittels bei diesem Druck bei einer Temperatur von ca. 0 °C geschieht. Es wird also ziemlich kalt.
Würde man beispielsweise das Kältemittel schlagartig dem Atmosphärendruck aussetzen, würde das Verdampfen bei einer Temperatur von ca. -32 °C (!!!) geschehen.

Verdampfungskurven

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Während der Änderung des Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig wird vom Kältemittel sehr viel Wärme absorbiert. Man macht sich hier das Prinzip der Verdampfungswärme zunutze, auf das ich am Ende dieses Teils noch einmal genauer eingehe.
Diese Wärme wird dem Verdampfer und seiner Umgebung entzogen.
Wenn dann warme Luft in der Sommerzeit durch die Aluminiumrippen des Verdampfers strömt, wird sie abgekühlt. Diese kalte Luft wird danach in den Fahrgastraum geleitet, und wir als Fahrzeuginsassen empfinden sie als angenehm kühl. Außerdem kondensiert die Feuchte der Umgebungsluft am kalten Verdampfer und tropft ab (auf die Straße). Deshalb wird warme und feuchte Luft schön kühl und trocken.
Außerdem wird das Kältemittel im Verdampfer etwas „überhitzt“ (um ca. 5 – 10 °C), um bei gleichbleibendem Druck zu garantieren, daß es vollständig verdampft, und somit auch nur gasförmig den Kompressor erreicht (superheating).
Sollte es beim Einströmen in den Kompressor noch flüssig oder teilweise flüssig sein, nimmt der Kompressor Schaden, da dieser Flüssikeit nicht verdichten kann.
Das Kältemittel ist an einem heißen Sommertag (33 °C) bei Eintritt in den Verdampfer flüssig und steht nun schlagartig unter niedrigem Druck (p ≈ 1,9 – 2,1 bar). Im Verdampfer wird es dann zu einem unter niedrigem Druck stehenden Gas. Die Temperatur der Leitung ist nun kalt (t ≈ 6 – 10 °C). Der Leitungsdurchmesser ist groß.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Saug-Drosselventil = STV = Suction Throttle Valve (Niederdruckseite):
Am Verdampferausgang durchströmt das Kältemittel das dort montierte Suction Throttle Valve.
Bedingt dadurch ist der Verdampfer von der Saugseite des Kompressors „getrennt“, und es herrscht im Inneren des Verdampfers im Idealfall ein konstanter Druck. Der Druck liegt bei ca. 1,9 – 2,1 bar.
Das STV regelt also den Verdampferdruck, der dann wiederum die Temperatur beim Verdampfen beeinflußt.
Somit entstehen bei der Verdampfung des Kältemittels bei diesem Druck immer Verdampfungstemperaturen von knapp über 0 °C.
Dadurch wird das Vereisen des Verdampfers verhindert.
Diese Eisbildung würde die Kühlfähigkeit des Verdampfers stark herabsetzen, da das Eis die Luftströmung durch die Kühlrippen behindern würde.
Das Kältemittel ist an einem heißen Sommertag (33 °C) beim Durchströmen des STV gasförmig und steht nun unter niedrigem Druck (p ≈ 1,9 – 2,1 bar). Unmittelbar nach dem STV steht dieses Gas dann unter wechselden Niederdrücken. Die Temperatur der Leitung ist kalt (t ≈ 6 – 10 °C). Der Leitungsdurchmesser ist groß.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Der Niederdruckanschluß ist der Meßanschluß der Niederdruckseite. Hier wird der Niederdruck bei verschiedensten Außentemperaturen, Luftfeuchtigkeiten und Luftdüsen-Austrittstemperaturen im Verdampfer (!!!) gemessen.

In Anlagen ohne STV wird am Meßanschluß, der sich am Kompressor oder der Kältemittelleitung vom Verdampfer zum Kompressor befindet, in der Niederdruckseite der Saugdruck des Kompressors (!!!) gemessen. Dieser kann je nach Klimaanlagenlast und Kompressordrehzahl deutlich niedriger als 1,9 – 2,1 bar sein.
Es herrscht also im Inneren des Verdampfers bei Klimaanlagen ohne STV kein konstanter Druck, da hier der Kompressor mit verschiedenen Drehzahlen und Lastzuständen am Verdampfer saugt.
Sind die Drücke niedriger als 1,9 – 2,1 bar kann man mithilfe der Verdampfungskurve sehen, daß das Verdampfen des Kältemittels bei unter 0°C geschieht und dadurch die Gefahr der Verdampfervereisung besteht.
Nun, um dies zu verhindern, kommt der Thermoschalter ins Spiel. Dieser „mißt“ auch die Verdampfertemperatur. Das Meßprinzip ist gleich der „Temperaturmessung“ des Expansionsventils.
Liegt diese unterhalb von 2 °C, unterbricht der Thermoschalter die Stromversorgung des Kompressors und schaltet diesen aus. Die Vereisung wird verhindert (deshalb heißt dieser Schalter ja bei Ford auch „De-Icing-Switch“).

Duckverhältnisse im Kältekreislauf mit STV …

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

…und ohne STV.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Klimaanlage ohne STV, hier von Ford

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nun erreicht das gasförmige und unter niedrigem Druck (p ≈ 1,9 – 2,1 bar) stehende Kältemittel die Saugseite des Kompressors. Die Temperatur der Leitung ist kalt (t ≈ 6 – 10 °C). Der Leitungsdurchmesser ist groß.

Der Kreislauf beginnt von vorne!

 

Druck-Ausgleichs-Leitung (Pressure Equalizer Line) und
Öl-Bypass-Leitung (Oil Bleed Line)

Um ein besseres Gesamtverständnis für die Bauteile der Klimaanlage und ihrer Funktionen miteinander zu erreichen, möchte ich nochmals auf die Druck-Ausgleichs-Leitung und zusätzlich auch auf die Öl-Bypass-Leitung eingehen.

Die Druck-Ausgleichs-Leitung (Pressure Equalizer Line) findet man, wie bereits erwähnt, nur in Klimaanlagen mit STV.
Sie verbindet die Saugseite des Kompressors mit dem Expansionsventil, da das Ventil zur korrekten Funktion die wechselnden Saugdrücke des Kompressors benötigt.

Druck-Ausgleichs-Leitung (Pressure Equalizer Line)

 

 

 

 

 

 

 

Die Druck-Ausgleichs-Leitung hat aber noch weitere Funktionen:
Sie soll auch verhindern,
daß der Kompressor nicht auf Dauer derart betrieben wird, daß auf der Niederdruckseite zwischen STV und Kompressor Drücke unterhalb des Atmosphärendrucks entstehen,
daß Pumpgeräusche des Kompressors minimiert werden, und
daß eine stark verminderte Kälteölrückführung zum Kompressor (Schmierstoffmagel des Kompressors) vermieden wird.
Dies alles ist z. B. dann der Fall, wenn der Verdampfer bei eingeschalteter Klimaanlage und relativ geringen Außentemperaturen trotz Kühlanforderung länger kalt bleibt und somit kein Kältemitteldurchfluß durch den Verdampfer mehr nötig ist (Klimaanlagenbetrieb im Herbst oder Winter, um beispielsweise Außenluft zu entfeuchten). Dann riegelt das STV den Verdampfer länger vom saugenden Kompressor ab.

Die Öl-Bypass-Leitung (Oil Bleed Line) ist ebenfalls meistens in Systemen mit STV zu finden.
Sie verbindet die Unterseite des Verdampfers mit einem gesonderten, ventilgesteuerten Anschluß am STV, der mit dem Saugdruck des Kompressors beaufschlagt ist.
Diese Leitung dient ausschließlich dazu, dem Kompressor genügend Kälteöl zwecks Schmierung zuzuführen, wenn die Klimaanlage nicht mehr genügend mit Kältemittel gefüllt ist (welches ja auch das Kältemittelöl durch das System schleppen soll).

Expansionsventil, Verdampfer und STV mit Druck-Ausgleichsleitung (Equalizer Line) und Öl-Bypass-Leitung (Oil Bleed Line bzw. hier Liquid Bleed Line genannt)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Was ist Verdampfungswärme und wieso kühlt eigentlich ein Kältemittel?
Vorab zur Beachtung:

Wenn zwei Substanzen unterschiedlicher Temperatur nahe beieinander plaziert werden, erfolgt der Wärmeübergang immer von der wärmeren zur kälteren Substanz hin, bis beide Substanzen die gleiche Temperatur haben.

Wenn eine Flüssigkeit verdampft, absorbiert diese Wärme.
Dabei ändert sich die Temperatur des entstehenden Gases nicht im Verhältnis zu der Temperatur der Flüssigkeit (bei konstantem Druck).

Die Temperatur einer Flüssigkeit oder eines Gases steigt oder fällt in Abhängigkeit des Druckes, mit dem die Flüssigkeit oder das Gas beaufschlagt wird.

Ein Beispiel:
Um Wasser bei Atmosphärendruck von 0 °C auf 100 °C zu erhitzen, muß ich dem Wasser ständig Wärme zuführen. Dies zeigt sich in der ständigen Erhöhung der Wassertemperatur.
Führe ich nun weiter Wärme zu, bleibt die Wassertemperatur bei 100 °C. Das Wasser fängt aber an zu kochen, es verdampft also.
Würde ich nun diesen entstehenden Dampf in einem Behälter sammeln und die Dampftemperatur messen,
betrüge diese ebenfalls 100 °C (Voraussetzung: Der Druck im Behälter steigt beim Sammeln des Dampfes nicht an).
Wo ist also die Wärme geblieben, die ich ja laufend dem Wasser weiter zu geführt habe um es verdampfen zu lassen?
Diese ist vom Medium Wasser beim Ändern des Aggregatszustandes von flüssig zu gasförmig aufgenommen (absorbiert) worden.
Bei Atmosphärendruck verdampft Wasser bei 100 °C. Dann wird von 1 kg Wasser beim Übergang in den gasförmigen Zustand 2257 Kilojoule Wärme absorbiert.
1 Joule Energie (oder Wärme oder Arbeit) wird benötigt, um einen Körper mit der Masse 0,102 Kilogramm – das entspricht etwa einer Tafel Schokolade – um einen Meter anzuheben.
Man sieht also deutlich, daß von Flüssigkeiten beim Verdampfen sehr viel Wärme oder Energie absorbiert wird, ohne daß sie ihre Temperatur ändern.
Diese „Verdampfungswärme“ macht man sich in Kältekreisläufen zu nutze.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Nun kommen die Kältemittel ins Spiel.
Ein gutes Kältemittel muß aber nicht nur große Mengen an Wärme beim Verdampfen absorbieren können.
Es muß flüssig sein und außerdem bei Temperaturen verdampfen können, die deutlich niedriger als die Temperaturen des zu kühlenden Mediums sind. Im Falle der Klimaanlage also die Temperaturen der Außenluft.
Wasser wäre hier völlig ungeeignet.
Bei Atmosphärendruck verdampft das Kältemittels R12 bei -29,8 °C (ohne seine Temperatur von -29,8 °C zu ändern!!!). Dabei wird von 1 kg R12 beim Übergang in den gasförmigen Zustand 165 Kilojoule Wärme absorbiert.
Bei Atmosphärendruck verdampft das Kältemittels R12a bei -32,6 °C (ohne seine Temperatur von -32,6 °C zu ändern!!!). Dabei wird von 1 kg R12a beim Übergang in den gasförmigen Zustand 405 Kilojoule Wärme absorbiert.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Mittlerweile wissen wir ja, daß Druck Einfluß auf die Vedampfungstemperatur einer Flüssikeit hat. So brauche ich nur noch dafür zu sorgen, daß mein gewähltes Kältemittel durch die Beaufschlagung mit einem entsprechenden Druck (bei Kältemitteln R12, R134a und R12a ca. 2 bar) bei etwas über 0 °C verdampft … That’s it!!!

Das bedeutet:
Verdampfung des Kältemittels bei der niedrigst möglichen Temperatur (knapp über 0 °C) und somit Absorption von sehr viel Wärme aber ohne die Gefahr der Vereisung der Luftfeuchtigkeit an den Kühlrippen des Verdampfers.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Demnächst mehr in Teil III: Die Klimaanlage prüfen und befüllen

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