Hermetiske køle-frysesystemer, grundlæggende

Transkript

1 Hermetiske køle-frysesystemer, grundlæggende

2 INDHOLDSFORTEGNELSE E413, forord... 3 E413, metallisk sammenføjning... 5 E413, grundlæggende køleteknik og kølemidler E413, den hermetiske kompressor E413, styring og termostater E413, lovgivning på området Opgaver - E Stikordsregister Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

3 E413, FORORD Forord Bogen giver et grundlæggende kendskab til køleteorien og en praktisk indføring i køleteknik. Der arbejdes udelukkende med kølesystemer som er opbygget omkring en hermetisk kompressor. Bogen giver desuden en indføring i metallisk sammenføjningsteknik, samt et grundlæggende kendskab til kølemidler og deres fysiske egenskaber. Ydermere arbejdes med køletekniske energiberegninger, således at ydeevne og virkningsgrad kan fastslås Emne FD Rev Hft-1297 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

4 E413, FORORD Emne FD Rev Hft-1297 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

5 E413, METALLISK SAMMENFØJNING Metallisk sammenføjning & rørarbejde De metalliske sammenføjningsmetoder der anvendes indenfor køleteknik er hårdlodning, flaresamling og ringsamling (lokring). Hårdlodning Ved en hårdlodning forstås en termisk sammenføjning hvor de emner der skal sammenføjes, opvarmes til en temperatur hvor de ikke smelter, men hvor tilsatsmaterialet derimod smelter. Ved en svejsning smeltes både emne og tilsatsmateriale. Det der får en hårdlodning til at holde, er en meget tynd legering som opstår mellem emnet og tilsatsmaterialet. Selve legeringen har en tykkelse af nogle få 1/100 mm. Ved hårdlodning hvor de to emner er det vigtigt at disse er rengjorte med smergellærred eller lignende. Nu påføres flusmiddel for at holde oxygen væk fra loddezonen ved tilsætning af tilsatsmateriale. Flusmidlet opløses i sprit, aldrig i vand, før det påføres loddestedet. Tilsatsmaterialet består af ca. 30 % sølv men kan indeholde mere sølv. Derefter opvarmes de to emner til en passende temperatur, som er høj nok til at tilsatsmaterialet smelter. Hvis de to emner der skal sammenføjes begge er af kobber, kan der anvendes et tilsatsmateriale indeholdende med 2 15 % sølv, som derudover er tilsat fosfor der virker som flusmiddel, så her behøver man ikke at anvende separat flusmiddel. Dette tilsatsmateriale kaldes ofte for fosco. Til at danne den mængde varme der er nødvendig for at udføre en hårdlodning anvendes gas & ilt. Den gas der anvendes er Emne FD Rev Hft-1298 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

6 E413, METALLISK SAMMENFØJNING ofte af type acetylen (C 2 H 2 ), som opbevares opslemmet i en beholder som indeholder en porøs masse der er mættet med acetone. Trykket i flasken er 17 bar ved stuetemperatur. En acetylenflaske kan ved lave vintertemperaturer virke tom, så her må en sådan tages med indendørs. En fylding af en acetylenflaske tager ca. 8 timer, da acetonen skal nå at opsuge acetylenet. Hvis man lukke acetylen for hurtig ud, kan man begynde at lugte acetonen. Hvis man kan det, bruger man for meget acetylen (liter/minut) i forhold til flaskens størrelse. Som håndregel må man ikke tømme en flaske hurtigere end den er blevet fyldt. Ved en kraftig opvarmning af, eller et tilbageslag i en acetylenflaske kan der startes en kædereaktion i flasken, som ender i en eksplosion, hvis man ikke gør noget. Det der skal gøres ved flasken er at denne skal afkøles og derefter tømmes for actylen. Ved tvivl om at der er ved at ske en sådan kædereaktion i en flaske, skal man ringe til Falck, og fortælle dem om hændelsen. De vil så rådgive. Ilten man anvender er normal atmosfærisk ilt O 2. Ilten opbevares i flasker under et tryk på op til 200 bar. Man skal være meget påpasselig med ren ilt. Ventiler og andet udstyr hvori der anvendes ren ilt må aldrig smøres med olie eller andet da det vil medføre en kraftig brand. Gas & ilt brænderen startes ved at åbne lidt for gassen og antænde denne. Når man har justeret til en blød flamme med en længde på ca. 10cm åbnes langsomt for ilten, indtil man har en lille blå spids i midten af flammen med en længe på ca. 1,5 cm. Ønskes en kraftigere brænding, kan man åbne lidt mere for gassen og indstille ilten på samme måde som før Emne FD Rev Hft-1298 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

7 E413, METALLISK SAMMENFØJNING Ved indstilling af arbejdstryk, skal gas manometer stå på ca. 0,5 bar og ilt manometer ca. 2,5 bar. Flaresamling Flaresamlinger (udkravning med omløber), skal undgås hvis det kan lade sig gøre. Flaresamlinger må kun anvendes til kobber og aluminiumsrør med en udvendig rørdiameter over 9 mm. (DS/EN ). Husk ved flaresamling at anvende olie på presfladerne. Hvis der samles messing/messing direkte, skal man huske at montere en kobbertætningsring mellem de to messingflader. Husk at der ved alle flaresamling skal anvendes olie, som skal være af den type der forefindes i det kølesystem man laver rør til Emne FD Rev Hft-1298 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

8 E413, METALLISK SAMMENFØJNING Ringsamling En mekanisk sammenføjning kan også laves ved brug af et ringsamlingssystem som Lokring. Ringsamlingen er, hvis korrekt udført, meget bedre end en flaresamling. Ringsamlinger må anvendes i forbindelse med alle syntetiske og brandbare kølemidler, og de har den fordel i forhold til hårdlodning at der ikke anvendes varme / åben ild. Forberedelse af de to emner der skal samles er det samme som ved hårdlodning, med den lille detalje at der ikke på rengøres på langs af røret med smergellærred, kun rundt om røret. Ringsamlingen består af 3 dele 2 lokringe og 1 studs. De rengjorte rørender tilsættes et par dråber Lokprep, som er et fugeudfyldende materiale, ikke lim. Nu føres de 2 rørender ind i studsen til de møder midten. Ringsamlingen drejes nu rundt for at fordele Lokpreppen. De to Lokringe presses nu ind til midten af studsen med en specialtang, og samlingen er nu hermetisk tæt Emne FD Rev Hft-1298 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

9 E413, METALLISK SAMMENFØJNING Efter Presning Til sammenpresning anvendes en tang som vist på billedet. Det er vigtigt at ringsamling ligger lige i mellem de to kæber på værktøjet, ellers bliver samlingen utæt. Som det ses på figuren af den sammenpressede ringsamling, sker der ved denne samlingsmetode en minimal reduktion af rørets diameter. Denne reduktion er dog så lille at den ikke har nogen praktisk betydning. Ringsamlingssystemet Lokring for i to udgaver, nemlig i messing eller i aluminium. Hvilken type der skal anvendes afhænger kun af om der indgår et aluminiumsrør i samlingen. Hvis der gør det, skal samlingen laves med en aluminiums ringsamling. I alle andre tilfælde skal der anvendes ringsamlinger af messing. Til ringsamlingssystemet Lokring, findes der alle former for reduktioner, T-stykker og lignende til både tommer og millimeter, dog mest til millimeter. Dette gør at man i dag for eksempel anvender den samme samling til 6mm og ¼ Emne FD Rev Hft-1298 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

10 E413, METALLISK SAMMENFØJNING Den viste samling er det man kalder for en dobbeltsidig samling, da man presser begge Lokringe på plads i en arbejdsgang. De kan også får som enkeltsamlinger, hvor man tager en side af gangen. En sådan ringsamling ser således ud. Det ses her at man presser den enkelte Lokring på en af gangen. Dette kan være en fordel ved større diametre. Hvis man ikke ønsker at bruge for mange kræfter på at presse samlingerne sammen, kan man få et elværktøj som kan klare sagen. Den koster i 2006 priser ca Emne FD Rev Hft-1298 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

11 E413, METALLISK SAMMENFØJNING Bukning af kobberrør Bukning af kobberrør foregår ved hjælp af en rørbukker. En rørbukker ser ud som på nedenstående billede. Når man bukker et rør ved hjælp af et bukkeværktøj som vis på billedet, bukker man faktisk røret over en cirkel Emne FD Rev Hft-1298 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

12 E413, METALLISK SAMMENFØJNING Hvis den ønskede rørlængde skal være 100 mm, afsættes de 100 mm på røret, og røret bukkes nu i rørbukkeren. Mærket for de 100 mm sættes ud for mærket L = Left på bukkeværktøjets bukkearm og der bukkes ned til 90/. L betyder at den ønskede rørlængde er placeret til venstre i bukkeværktøjet. Hvis den ønskede rørlænge placeres til højre i bukkeværktøjet anvendes mærket R = Right Emne FD Rev Hft-1298 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

13 E413, METALLISK SAMMENFØJNING Hvis man vil fremstille et rørstykke, hvor man på forhånd vil afkorte denne, så den passer efter bukningen, tegnes rørføringen først op med rette linier. Eksempel: Den samlede rørlængde bliver nu 80 mm + 90 mm mm = 290 mm. Da rørbukkeren ikke bukker i skarpe kanter men i bløde kurver, er det nødvendigt at tage højde for størrelsen af bukkematicen, samt rørdimensionen. Hvis der anvendes et bukkeværktøj med en bukkematrice på 9/16 tomme og en rørdimension på 1/4 tomme, giver et 90/ buk et fradrag på. 6,1mm. Derfor bliver den længde rør der skal afkortes i dette tilfælde 290 mm 12,2 mm = 277,8 mm. Hvis rørdiameteren er 3/8 tomme og bukkematricen er 15/16 tomme, skal der fratrækkes. 10,2 mm pr. 90/ buk. Beregning af fradrag pr. 90/ buk: Fradrag = Bukkematicens radius x 2 Bukkematricens radius x PI / 2 Fradrag = Bukkematricens radius x 0,429 Husk at bukkematricens radius ikke bare kan måles med en skydelære, der skal også tages højde for den rørdimension der skal bukkes. Ved bukning i 45/ andrager fradraget kun 0,7 mm for 1/4 tomme rør og 1,2 mm for 3/8 tomme rør. Disse kan der normalt ses bort fra Emne FD Rev Hft-1298 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

14 E413, METALLISK SAMMENFØJNING Eksempel på længden af et forsat rør bukket i 45/. Forsætningen er her 40 mm. Dette giver en længde a1½j t stykke X til at være 40 x Kvadratrod (2). Dette giver 40 mm x 1,41 = 56,4 mm. Dette giver en samlet længde på 100 mm + 56,4 mm + 60 mm = 216,4 mm. Hvis der anvendes 1/4 tomme rør skal der nu fradrages 0,7 mm og hvis der anvendes 3/8 tomme rør skal der fradrages 1,2 mm på de 216,4 mm. I bukkeværktøjet skal mærket 45 anvendes ved selve bukningen. Husk at forsætningen er fra rørmidte til rørmidte. Ydermere skal der tages højde for en eventuel udkravning (9 mm rør og derover). Dette vil give anledning til at tillæg på rørets længde Emne FD Rev Hft-1298 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

15 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Indledning Et køleanlæg har til opgave at holde en bestemt temperatur i et lukket rum eller en beholder. Temperaturen i rummet eller beholderen skal være uafhængig af den temperatur som er uden for rummet eller beholderen. Desuden skal køleanlægget være i stand til at ændre temperaturen på de emner vi stiller ind i rummet eller beholderen indenfor en passende tid. Dette stiller nogle krav til isoleringsevnen af rummet eller beholderen, samt til den effekt som køleanlægget skal have for at udføre dette arbejde. Vi vil her kun beskæftige os med køleanlæg som skal nedkøle emner fra en højere til en lavere temperatur, og så holde dem på denne temperatur. Det som køleanlægget derfor skal gøre er at transportere energi fra rummet eller beholderen til det omgivende miljø. Rent fysisk findes det højeste energiniveau der hvor temperaturen er højest, og da energi kun vil vandre fra et højt energiniveau til lavere energiniveau, har vi et problem. For at løse dette problem, har vi konstrueret et kølesystem, som består af en kold flade (fordamperen), en varm flade (kondesatoren), et kølemiddel, som når det pumpes rundt kan transportere energien fra den kolde flade til den varme flade. Som pumpeanordning anvender vi en kompressor. I starten vidste man af erfaring at nedkøling af føde Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

16 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER varer fik dem til at holde længere, men ikke hvorfor. I starten af 1800 tallet fandt nogle videnskabsmænd ud af at bakterier, skimmelsvampe og lignende havde meget svært ved at formere sig under ca. 10 /C. Så nu havde man svaret på hvorfor fødevarer der var nedkølet holdt længere. Før man fandt ud af dette, anvendte man syltning, saltning, rygning, osv. for at få diverse fødevarer til at holde længere. Disse metoder anvendes jo stadig. I midt/slutningen af 1800 tallet, kom de første mekaniske kølemaskinen som kunne fremstille is. De fandtes ikke i private hjem, da de var store og meget dyre, så i private hjem anvendte man et isskab. Isen til skabet kunne man købe mejeriet, som havde råd til en kølemaskine. Først omkring 1920 kom de første kompressorer som var små nok til at kunne anvendes i køleskabe og frysere til privat brug. Det var absolut ikke allemandseje, men kun for de velhavende. Efter anden verdenskrig kom der så mere gang i industrien igen, og det blev efterhånden almindeligt at man have et køleskab og sågar fryser i private hjem Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

17 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Grundbegreber Indenfor køleteknik anvender man det såkaldte SI system, som fx indeholder følgende måleenheder: Benævnelse Temperatur Temperaturdifferens Kraft Tryk Energi Effekt Enthalpi SI System Celcius ( /C) Kelvin (K) Newton (N) Pascal (Pa), Bar Joule (J) Watt (W) Joule/kg (J/kg) Tryk Tryk måles i Pascal (Pa). Definitionen på 1 Pa : 1 Pa = 1 N/m 2 Hvis man ser på denne enhed, finder man ud af at den er meget lille. Det svarer til det tryk som ca. 0,1 liter vand vil udsætte en plade med at areal på 1 m 2 for. De 0,1 liter skal hældes ud så de fylder hele pladen. Derfor indførte man størrelsen 1 bar, som er lig med Pa. Det svarer nu til at vi på en 1 m 2 har lavet en vandsøjle på 10m. Vi har med andre ord kg pr. m 2. eller 1 kg/cm 2 Til sammenligning er 1 atmosfæres (atm) tryk lig med Pa, så 1 Bar og 1 Atm er altså næsten det samme Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

18 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Vi arbejder med 2 forskellige skalaer indenfor tryk, nemlig en manometertryk og en absolut. Temperatur Temperatur angives enten med udgangspunkt vands frysepunkt. Skalaen er så i grader Celcius. Hvis man derimod tager udgangspunkt i det absolutte nulpunkt, angives temperatur i Kelvin. Et trin på de 2 skalaer er ens Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

19 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Varme Varme er en usynlig energiform, som kun kan mærkes. Varme kan dog ses ved hjælp af infrarøde instrumenter, men ikke med det blotte øje. Med det blotte øje kan man kun se varmens virkning, som f.eks. en varm kogeplade. Måleenheden for varme er Joule (J). Før i tiden anvendte man enheden kalorie (Cal). Grunden til at man anvendte kalorie som måleenhed, var at 1 Kalorie var den varmemængde der skulle til for at opvarme 1 gram vand 1 grad. Sammenhængen mellem Joule og Kalorie er: 1 Kalorie = 4,187 Joule Sammenhængen mellem Joule og Watt er 1 Watt = 1 Joule pr. sekund Varmefylde Med et stofs varmefylde menes den varmemængde der skal til for at opvarme 1 kg af stoffet en grad. Hvis stoffet er vand, skal der anvendes 4,187 4,19 kj. Dette er under forudsætning af vandet ikke skifter tilstandsform. Alle stoffer har en varmefylde, da det er en af de fysiske konstanter ved et stof Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

20 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Tilstandsformer Alle stoffer kan forefindes i 3 forskellige tilstande, nemlig: Fast stof Flydende Damp For mange år siden stod det klart at det ikke vare lige meget hvilken tilstandsform stoffet havde, når man undersøgte dets varmefylde. Ligeledes fandt man ud af at der skete eller andet når et stof skifter tilstand. Ved vand er det følgende værdier. Vand i fast form (IS) Smeltevarme Vand som flydende Fordampningsvarme Damp 2 kj/kg 80 kj/kg 4,19 kj/kg 2256 kj/kg 1,88 kj/kg Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

21 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Som man kan se er det rimelig billigt at opvarme vand, når man bare ikke skifter tilstandsform. De to overgange, smeltevarme og fordampningsvarme, er meget dyre rent energimæssigt i forhold til at arbejde med vand i en af de tre tilstandsformer. Som det ses skal der tilføres rigtig meget varme for at omdanne vand fra flydende til dampform. Der skal tilføres = 2256 kj, hvorimod der kun skal tilføres 419 kj for at varme vandet op fra 0 til 100 /C. Altså lidt over 5 gange så meget. Hvis man nu kunne anvende denne fordampningsvarme til at bortføre varme så kunne man lave et system med "godaw" i. Desværre kan vi ikke anvende en fordampningstemperatur på 100 /C til at køle med, vi skal ned i temperatur. Ved underafkølet væske forstås en væske som har en lavere temperatur end det er nødvendigt for at være på væskeform ved et givet tryk. Ved 1 atm. Vil vand med en temperatur på under 100 /C være underafkølet. Ved overophedet gas, forstås en gas som har en højere temperatur end det er nødvendigt for at være på gas form ved et givet tryk. Tryk og fordampningstemperatur (kogepunkt) Hvis vi nu ændrer trykket sker der også noget med fordampningstemperaturen. Hvis vi f.eks sænker trykket til 0,7 bar, hvilket svarer til at vi kravler op i 3000 meters højde, så falder fordampningstemperaturen for vand til 89 /C. Det er heller ikke godt nok. Hvis vi sænker trykket yderligere til f.eks. 0,2 bar, har vand en fordampningstemperatur på 60 /C. Det er jo heller ikke nok til at køle med. Vi må nok opgive at anvende vand som transportmiddel for energi et køleanlæg (ærgerligt) Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

22 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Hvis man derimod hæver trykket, sker der det at fordampningstemperaturen stiger. Ved et tryk på 2 bar vil vand have en fordampningstemperatur på 120 /C, og ved 10 bar har det en fordampningstemperatur på 179 /C. Normalkogepunkt Normalkogepunktet for en væske er det punkt hvor en væske indesluttet i en beholder lige netop koger, samtidig med at trykket i beholderen er 1 atm. For vand vil det svare til 100 /C Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

23 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Køling For at kunne få et kølesystem til at fungere med en god effektivitet, er det nødvendigt at få kølemidlet til at skifte tilstandsform fra flydende form til gas form, og dermed udnytte den store energimængde der findes i denne tilstandsændring. Det der skal til er et kølemiddel som har en tilstrækkelig lav fordampningstemperatur ved et håndterbart tryk. Ved et håndterbart tryk, menes her et tryk mellem 0,5 og 15 bar. Ydermere skal kølemidlet kunne bringes tilbage på væskeform indenfor det det nævnte trykinterval ved en temperatur som er passende højere end den normale omgivelsestemperatur. Til at bringe kølemidlet rundt, anvender vi en kompressor. Til højre bliver kølemidlet udsat for at lavt tryk fra kompressorens sugeside, som derved sænker kølemidlets kogepunkt eller fordampningstemperatur til et passende niveau. Fordampnings-temperaturen i et køleskab/dybfryser ønskes til at være fra 20 /C til 30 /C. Grunden til den meget lave fordampningstemperatur i et køleskab/dybfryser, er at det er nemmere at overføre energi, jo større temperaturforskel vi har. Selve fordampningen sker kun hvis trykket er lavt nok og at der Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

24 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER er energi nok tilstede til at fordampningen kan foregå (fordampningsvarme). På venstre side bliver kølemidlet udsat for et højt tryk fra kompressorens trykside. Dette tryk skal være så højt at fordampningstemperaturen bliver højere end omgivelsestemperaturen. Hvis et så højt tryk er til stede, kondenserer kølemidlet og bliver til væske. Ved dette faseskift (gas til væske) afgives den opsamlede energi til omgivelserne. Det viste system har den begrænsning, at det kun kan køre indtil al kølemidlet er transporteret fra den højre side, til den venstre side. For at det skal fungere, skal vi have transporteret det flydende kølemiddel tilbage til den højre side, hvor det så skal fordampes igen. Denne forbindelse kan laves ved at bruge et rør som er tyndt nok til at vi kan opretholde det lave tryk i højre side, samtidig med at der opretholdes et højt tryk i venstre side. Det vil altså sige at der skal være et væsentligt trykfald over dette rør, uden at røret bliver urimeligt langt. Et sådant rør kaldes for et kapillarrør. Et kapillarrør i et køleskab/dybfryser har en udvendig diameter på 2 mm og en lysning på 0,2 mm. I kølesystemet kaldes kapillarrøret for drøvleorganet Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

25 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Systemet med kapillarrør ser nu således ud. Kompressoren som er el-drevet, danner på højre side (sugesiden) et lavt tryk.(p1), medens den på venstre side (tryksiden) danner et højt tryk (P2). Drøvleorganet (kapillarrøret) er indsat for at gøre det muligt at opretholde trykforskellen. Vi kunne nu indbygge fordamperen (højre side) ind et isoleret skab og så sætte kondensatoren (venstre side) udenfor i omgivelserne, og vi har fået lavet et kølesystem (køleskab eller dybfryser). Temperaturerne T1 og T2 i henholdsvis fordamper og kondensator vil være afhængig af det valgte kølemiddel samt trykkene P1 og P Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

26 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Tørfiltret er indsat lige før drøvleorganet, og har til opgave at opsuge de fugtrester der måtte være i systemet, samt tilbageholde urenheder så de ikke kommer over i det meget tynde kapillarrør. Tørfiltret skal altid pege nedad eller være vandret i forhold til montagen på kondensatoren. Tørfiltret skal passe til det kølemiddel der er i anlægget. Sugepotten eller sugegasakkumulator er monteret for at undgå at kompressoren kommer til at få ikke fordampet væske ind i pumpen, da den ikke kan holde til det. Sugegasskkumulator er normalt indbygget i fordamperen i et køleskab/dybfryser Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

27 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Overhedning og underafkøling I det praktiske kølesystem, findes der ud over fordampningstemperatur, kondenseringstemperatur, kompression og drøvling også underafkølet væske og overhedophedet damp, kaldet overhedning. Den overhedede damp opstår når alt kølemidlet tilført fordamperen gennem kapillarrøret er fordampet, og denne damp så yderligere tilføres energi og dermed opvarmes yderligere, ud over fordampningstemperaturen. Dette fænomen opstår derfor i den sidste del af fordamperen, samt i sugerøret. Den underafkølede væske opstår når dampen i kondensatoren er kondenseret til væske og denne væske så yderligere afgiver energi til omgivelserne. Derved får væsken en temperatur som er lavere end nødvendigt for at være på væskeform ved det pågældende tryk. Kølesystemet tegnes nu lidt mere stilistisk, nemlig sådan (filter og sugepotte er ikke medtaget) Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

28 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Overhedningen skulle ikke gerne starte for tidligt i slutningen af fordamperen, da der så ikke transporteres nok kølemiddel rundt i systemet til at dække de aktuelle kølebehov. Den sidste dråbe kølemiddel skulle gerne være fordampet lige netop der hvor fordamperen i køleskabet eller dybfryseren slutter. Varmeveksler Det fordampede kølemiddel skal nu transporteres fra fordamperen via sugerøret tilbage til kompressoren, hvor der ud over kompressionen også sker en væsentlig temperaturstigning. Den væske der kommer fra kondensatoren skal gennem kapillarrøret og ind i fordamperen, hvor der skal ske et væsentligt temperaturfald. Ved at lade drøvleorgan (kapillarrøret) og sugerøret følges ad et stykke af vejen kan disse temperaturændringer hjælpes på vej, og dermed kan kølesystemets virkningsgrad forøges væsentligt. Dette er kølesystemets varmeveksler. Sugepotten skal vende som det er vist på tegningen eller opad, således at eventuel ikke fordampet kølemiddel bliver i den, og ikke løber ned til kompressoren, med et muligt væskeslag til følge. Tørfilteret skal også vende som vist på tegningen. Det må aldrig vende opad. Som hovedregel siges at tilgangen til tørfilteret altid skal ligge højere end afgangen Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

29 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Kølemidler De første kølemidler som kunne anvendes i kompressionssystemer kom allerede i midten af 1800 tallet. De havde alle nogle kraftige ulemper, nogle kunne brænde, nogle var meget giftige, nogle lugtede fælt ved udslip, nogle var meget korrosive o.s.v. Der var derfor gode grunde til at finde nogle andre kølemidler, men der skulle faktisk gå temmelig lang tid før dette skete. Først i starten af 1930'rne fandt man så de kølemidler man havde brug for. Det var de såkaldte CFC kølemidler. Disse kølemidler blev kaldt sikkerhedskølemidler, fordi de ikke kunne brænde, ikke var giftige, ikke kunne eksplodere og ikke fik de metaller (kobber), til at ruste. Disse kølemidler var alle syntetiske og dermed kemisk fremstillede. De havde næsten alle et normalkogepunkt lang under 0 /C, helt ned til minus 45 /C. Den mest kendte af disse fik navnet R12 (R står for Refrigerant, det engelske ord for kølemiddel) og havde den kemiske formel CCl 2 F 2, det vil altså sige at R12 bestod af 1 kulstofatom 2 Kloratomer og 2 Fluor atomer. R12 blev også kendt under handelsnavnet Freon12 TM. Freon er en betegnelse for en hel gruppe af kølemidler som alle indeholder klor. Freon er et trademark af firmaet Dupont. I dag anvendes disse CFC'ere, hvor R12 er en af dem, ikke mere i den industrialiserede verden. De blev totalforbudt fra 1995 i Danmark, da man med rimelig sikkerhed kunne bevise at de var ozonlags-nedbrydende. I verdens U-lande udfases CFC fra Dette forbud blev aftalt i den såkaldte Montreal Protokol af 1987, hvor en udfasningsplanen for CFC blev aftalt, sammen med udfasningsplaner for mange andre stoffer indeholdende klor. En af disse er Halon, som var meget brugt i brandslukningsmatriel Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

30 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Til erstatning for R12 anvender man i dag R134a, som desværre har den ulempe at den er kraftig drivhusgas, og dermed ikke må lukkes ud i naturen, og derfor skal opsamles. Indenfor de sidste år er man gået over til at anvende gasser (propan og isobutan). De har den gode ting at de ikke er farlige for naturen, men de har den ulempe at de kan brænde/eksplodere. Der findes andre kølemidler end de nævnte, som f.eks. ammoniak som anvendes i større anlæg. Det kølemiddel som vi vil koncentrere os om, er R134a. R134a er et syntetisk kølemiddel, (kunstig fremstillet og findes ikke naturligt i naturen) som består af 2 kulstofatomer, 2 brintatomer og 4 fluoratomer. Hvordan kom man nu frem til denne kemiske sammensætning af R134a? Kølemidlers nomenklatur (nummereringssystem) og kemi Firmaet Dupont udviklede, allerede da R12 blev opfundet i 1930'erne, et nummereringssystem som kunne anvendes til kølemidler som bestod af et molekyle. Dette nummereringssystem omfattede tillige et nummereringssystem til de "naturlige" kølemidler. Af naturlige kølemidler kan her nævnes kuldioxid CO 2, og ammoniak NH 3. Den første del tager udgangspunkt i kulstofatomet. Et kulstof atom kan kemisk set danne 4 bindinger med andre atomer, på en sådan måde at det går op. De 4 bindinger som kulstof kan danne, kan ses ud af det periodiske system, som indeholder alle kendte atomer Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

31 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Forenklet periodisk system. Systemet er opbygget af en række hovedgrupper (8) og, samt nogle undergrupper (10). Systemet arbejder ud fra det gyldne tal 8. Hvis man vil lave en kemisk af et stof fra hovedgruppe 1 og et stof fra hovedgruppe 7, er det meget simpelt, da de tilsammen giver de magiske tal 8. Som eksempel herpå kan nævnes NaCl, som er natriumklorid eller almindeligt bordsalt. De stoffer der findes i hovedgruppe 7 kaldes under et for halogener. Man kan, med forbehold for undtagelser, tegne stoffer fra hovedgruppe 1 som et kvadrat med et hul i, stoffer fra hovedgruppe 2 med 2 huller. Nu skulle man tro at man skulle tegne et stof fra hovedgruppe 7 med 7 huller, det skal man ikke, disse skal også tegnes med et hul. Stoffer fra hovedgruppe 6 tegnes så med 2 huller. Som hovedregel skal et stoffer fra hovedgruppe 1, 2,3, tegnes med henholdsvis 1 to og 3 huller. Stoffer fra hovedgruppe 5, 6, 7 tegnes med henholdsvis 3, 2, og 1 hul. Stoffer fra hovedgruppe 8 er de såkaldte ædelgasser, eller inaktive gasser, og er meget svære at få til at indgå kemiske forbindelser i det hele taget. Til at binde de enkelte atomer sammen an Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

32 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER vender naturen elektronpar, disse er her angivet som et rektangulært samlestykke. Metoden kaldes for puslespils-metoden Af disse kan nævnes Argon (Ar), som anvendes som beskyttelsesgas i forbindelse med svejsning i rustfast jern. Eksempel med den kemiske forbindelse natriumklorid (NaCl). Stoffet kommer derfor til at hedde NaCl. Puslespilsbrikkerne til senere brug er vist her Kulstof (Cabon) C Brint Fluor Klor H F Cl Elektronpar (samlestykke) Ilt (Oxygen) O Kvælstof (Nitrogen) N Hvis samling af atomerne på denne måde ender med en firkant, er der tale om det man kalder for et simpelt molekyle. Ender samlingen op med at figuren ikke bliver en firkant, er der tale om et mere komplekst molekyle. En ting man skal huske, er at der ikke må være nogle tomme huller. Brint, flour or klor er tegnet som den samme brik, da de binder ens til kulstof atomet. Grundstammen eller udgangspunktet for langt de fleste kølemidler er kulstof (C for Carbon). Kulstof findes i det periodiske system i hovedgruppe 4. Ud over kulstof består kølemidler også ofte af Brint (H) og Flour (F). De lidt ældre kølemidler indeholder derudover også klor Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

33 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Nomenklaturen eller nummereringssystemet er opbygget således. RCxyxt<bogstav> R står for Refrigerant C skrives hvis forbindelsen er Cyclisk xyzt er kølemidlets nummer x angiver antallet af kemiske dobbeltbindinger y angiver antallet af Kulstofatomer (C) minus 1 z angiver antallet af Brintatomer (H) plus 1 t angiver antallet af Fluoratomer (F) Hvis antallet ikke går op med puslespilsmetoden, fyldes der op med klor, indtil alle huller er fyldt op. Bogstav: a står for at forbindelsen er kemisk asymetrisk opbygget. A, B, C står for at der findes typer med samme kemiske indhold. Dette kan synes meget forvirrende, men anvendelsen er ikke så svær. Eksempel R12 R12 omskrives til R0012 og indsættes i matricen. Dobbeltbinding Kulstof (C) Brint (H) Fluor (F) R-nummer Omregningstal Sum (lodret) R12 (sum) har altså igen dobbeltbindinger, og består af 1 kulstof atom, 0 brintatom og 2 fluor atomer, og måske noget klor. Om den indeholder klor kan vi se med puslespilsmetoden Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

34 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Vi kan se at der er to tomme huller i kulstofatomet. Disse skal fyldes ud med klor. Eksempel R22 R12 indeholder altså klor. R12 får således den kemiske formel CCl 2 F 2. Tallene i kemiske formel angiver simpelt hen antallet af vedkommende atom i molekylet. (et molekyle er bare ordet for at stof bestående af flere atomer). R22 omskrives til R0022 og indsættes i matricen. Dobbeltbinding Kulstof (C) Brint (H) Fluor (F) R-nummer Omregningstal Sum (lodret) R22 (sum) har altså igen dobbeltbindinger, og består af 1 kulstof atom, 1 brintatom og 2 fluor atomer, og måske noget klor. Om den indeholder klor kan vi se med puslespilsmetoden H F C F Vi kan se at der er et tomt hul i kulstofatomet. Den skal fyldes ud med klor. H F C Cl F R22 indeholder altså klor. Den kemiske formel for R22 bliver derfor CHCl 2 F Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

35 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Eksempel R134a R134a omskrives til R0134a og indsættes i matricen. Dobbeltbinding Kulstof (C) Brint (H) Fluor (F) R-nummer Omregningstal Sum (lodret) R134a (sum) har altså igen dobbeltbindinger, og består af 2 kulstof atomer, 2 brintatomer og 4 fluor atomer, og måske noget klor. Om den indeholder klor kan vi se med puslespilsmetoden H F F C C H F F R134a er altså klorfri. Vi kan se at der på det ene C atom (den nederste) er placeret de 3 af de 4 fluor atomer, og der på det øverste C atom kun er placeret 1 fluor atom og 2 brintatomer. Denne asymmetriske placering af fluoratomerne giver det lille a som følger efter kølemiddelnummeret. Den kemiske formel for R134a bliver derfor C 2 H 2 F Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

36 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Eksempel R290a R290 omskrives til R0290 og indsættes i matricen. Dobbeltbinding Kulstof (C) Brint (H) Fluor (F) R-nummer Omregningstal Sum (lodret) R290 (sum) har altså ingen dobbeltbindinger, og består af 3 kulstof atomer, 8 brintatomer, og måske noget klor. Om den indeholder klor kan vi se med puslespilsmetoden H H H C H C C H H H H R290 er altså klorfri. Ud over det er den også fluorfri. Den indeholder altså ingen halogener (hovedgruppe 7), og kaldes derfor for halogenfri. R290 er gassen propan. R290 har derfor den kemiske formel C 3 H Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

37 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Kølemiddel nummer Ud over denne opdeling, er alle kølemidler opdelt i grupper afhængig af deres nummer: Nummerfastsættelse Ifølge nomenklaturen Blandingskølemiddel af 2 eller flere kølemidler fra nummerserien , fortløbende nummereret. (*) Blandingskølemiddel af 2 kølemidler fra nummerserien fortløbende nummereret. (**) Kølemidler med mere end 9 brint, fluor eller klor atomer ? Naturlige kølemidler hvor nummeret angives som molekylets molvægt plus 700.(***) (*) Blandingsforholdet er ikke det samme i væskefase, som i gasfase. (**) Blandingsforholdet er det samme i væske, som i gasfase. (***) Beregning af kølemiddelnummeret i 700 serien. Et af kølemidlerne i 700 serien er R717 som er ammoniak. Ammoniak har den kemiske formel NH3. Det vil sige at den består at 1 nitrogenatom og 3 brintatomer. Hvis vi kigger i det periodiske system vejer nitrogen 14 g/mol og brint vejer 1 g/mol. Udregningen bliver således følgende: 1 x x 1 = 17 Hertil skal så lægges 700, derfor kølemiddelnummeret R Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

38 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Eksempler fra 700 serien. Navn Kemisk formel Molberegning Kølemiddelnummer Vand H 2 O 2 x = 18 R718 Kuldioxid CO 2 1 x x 16 = 44 R744 Gassen nitrogen N 2 2 x 14 =28 R728 Kølemidler opdeles også med en forkortelse, som fortæller hvad de består af. Disse er CFC,HCFC, HFC og HC. Disse bogstaver har følgende betydning: HCFC står for Brint (H), klor (C), fluor (F), kulstof (C). Det kan virke lidt forvirrende, men det sidste C står altid for kulstof. Fra eksemplerne: R12 er derfor en CFC, da den indeholder klor, fluor og kulstof. R22 er derfor en HCFC, da den indeholder brint, klor, fluor og kulstof. R134a er derfor en HFC, da den indeholder brint, fluor og kulstof. R290 er derfor en HC, da den kun indeholder brint og kulstof. Skemaet viser dette mere overskueligt. Brint (H) Klor (Cl) Fluor (F) Kulstof (C) CFC * * * HCFC * * * * HFC * * * HC * * Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

39 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Kølemidlers fysiske egenskaber For at blive fri for alle for mange tabeller og lignende, har man udviklet et diagram som indeholder alle de fysiske data man har behov for ved anvendelsen af et kølemiddel. Et sådant diagram kaldes for et hlogp diagram. h står for enthalpi (X-aksen) i kj/kg og P står for Pressure (Y-aksen i venstre side) i Bar (absolut tryk). Y-aksen i højre side angiver hvor meget gas kompressoren skal transportere rundt angivet i m 3. Hele diagrammet hvad angår energi og transporteret gasmængde er baseret på cirkulation af 1kg af det kølemiddel som diagrammet dækker. De tal der er på selve kurven angiver temperatur, og findes både på nedre og øvre grænse kurve. Ved at trække en vandret linie gennem to ens temperaturer (en fra øvre og en fra nedre grænsekurve), og helt ud på den venstre Y-akse (trykakse i absolut tryk!!) kan den direkte sammenhæng mellem tryk og temperatur findes. Det man finder på denne måde er hvilket tryk der svarer til det valgte kogepunkt eller fordampningstemperatur. På samme måde kan man finde et kogepunkt svarende til et bestemt tryk. Ved at bevæge sig fra venstre til højre i diagrammet går man fra væskeform over en blanding af væske og mættet damp til dampform. Dette sker i kølesystemets fordamper. Den anden vej sker det modsatte. Dette sker i kølesystemets kondensator, hvor en gas bliver kondenseret til væske. Begge disse processer er tilnærmet isoterme, hvilket vil sige at de foregår ved konstant temperatur Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

40 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Diagrammet herunder er en del forenklet. T i diagrammet står for temperatur og dens kurve angiver isotermer. Temperaturen i grader celcius er angivet på kurven. Jo højere vi kommer op på kurven, jo højere er temperaturen. Helt i toppen er angivet det kritiske punkt. Hvis temperaturen kommer over dette punkt, kan gassen ikke længere kondenseres, uanset hvor meget man øger trykket. I hlogp diagrammet kan man indtegne hele køleprocessen med fordamper, kondensator, kompressor, drøvleorgan og kølemiddel. Diagrammet kan nu bruges til at aflæse en given køleprocess ydelse og den såkaldet COP (Coefficient Of Performance). COP er også det som man kalder for den køletekniske virkningsgrad, hvor man finder forholdet mellem tilført energi til kompressoren og bortført energi fra fordamperen. Denne virkningsgrad er næsten altid over 1, tit mellem 2 og 4 i køleskabe og dybfrysere. I varmepumper og aircondition anlæg kan man komme endnu længere op. En virkningsgrad over 1 synes mystisk, men det er den ikke, da der i udregningen ikke tages højde for den energi som fordamperen skal have tilført. Den sætter vi til nul. Derfor bliver udregningen: Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

41 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Anvendelse af hlogp diagram Før at man kan bruge hlogp diagrammet skal man lave nogle antagelser som, (i et lidt forenklet system), er følgende. 1) Ønsket fordampnings temperatur. (i C) 2) Ønsket kondenserings temperatur. (i C) 3) Formodet underafkøling (væske temperatur lige før indsprøjtning). (i K) 4) Formodet overhedning (gas temperatur ved indsugning). (i K) 5) Kølemiddel. Eksempel på indlægning af en køleproces i hlogp diagrammet. Ønsket fordampnings temperatur. -25 /C Ønsket kondenserings temperatur. 40 /C Formodet underafkøling. 15K Formodet overhedning. 20K Kølemiddel. R134a Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

42 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Først skrives temperaturerne på diagrammet af kølekredsen. Numrene har følgende betydning i køleprocessen. 1-2 Kompression. 2-3 Kraftig opvarmning af gassen på grund af kompressionen. 3-4 Kondensering ved konstant temperatur. 4-5 Underafkøling af den kondenserede væske. 5-6 Trykfald i kapillarrør. 6-7 Fordampning ved konstant temperatur. 7-1 Overhedning af den fordampede væske Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

43 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Nu skal køleprocessen så lægges ind i hlogp diagrammet. 1) Fordamperen indlægges ved at tegne en streg gennem den valgte fordampningstemperatur på både nedre og øvre grænsekurve. Den tegnes et par cm eller mere forbi de to grænsekurver. I vores tilfælde ved -25 /C. 2) Nu lægges kondensatoren ind på samme måde ved den valgte kondenseringstemperatur. I vores tilfælde ved 40 /C. 3) Drøvleorganet (kapillarrøret) tegnes nu ind som en lodret streg i, gennem kondenseringstemperaturen underafkølingen i kelvin på den nedre grænse kurve. I vores tilfælde ved det ved 25 /C. 4) Det svære er nu at lægge den sidste del af kølesystemet ind, nemlig kompressionen. På den øvre grænsekurve findes fordampningstemperatur + overhedningen, som i vores tilfælde er -5 /C. Nu følges de to temperaturkurver (isotermer) hvorimellem -5 /C findes, ned til de krydser linien som viser fordamperen. (ned og til højre). Her afsættes en prik som svarer til -5 /C. Nu tegnes selve kompressionen ind ved at tegne fra prikken indtil den skærer kondensatorlinien. Hældningen skal være parallel med de skrå linier. Disse kaldes for isentroper. Nu har vi lagt den omtalte køleproces ind i hlogp diagrammet som det ses af diagrammet på næste side. Tallene svarer til dem der findes på tegningen over kølesystemet Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

44 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

45 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Sykket fra 1 til 2 angiver kompressionen. Når denne strækning gennemløbes, stiger trykket (aflæst på Y-aksen i venstre side) fra ca. 1,2 bar til ca. 10 bar. I dette gennemløb tilføres der en hvis energimængde. Denne energimængde aflæses på X-aksen ved at trække 400 (1) fra 450 (2) lig med 50 kj/kg. Det vil altså sige at kompressoren skal tilføres 50 kj/kg kølemiddel som skal cirkuleres rundt. Denne energi kommer nettet. Stykket fra 6 til 7 angiver jo fordamperen. Fra 6 til 7 kan der på enthalpi aksen (X-aksen), aflæses de to tal 235 kj/kg og 385 kj/kg. Forskellen på disse to er 150 kj/kg. Nu kan udregne COP faktoren for under de valgte forudsætninger. Det vil altså sige at virkningsgraden er 3 under de valgte forudsætninger. Trykket i fordamperen er ca. 1,2 bar og trykket i kondensatoren er ca. 10 bar. For at udregne den egentlige køleeffekt i fordamperen, skal kompressorens pumpe volumen (slagvolumen pr. slag i cm 3 gange 3000 gange 60 divideret med 1000) pr. time kendes, samt den volumen der skal pumpes rundt. Volumen der skal pumpes rundt findes på den højre Y-akse, ved at følge en af de skrå linier ud mod denne akse begyndende fra skæringen mellem kompressionslinien og fordamperlinien. Dette tal kan i vores tilfælde findes til ca. 0,2 m 2. En normal køleskabskompressor har en slagvolumen på 5cm 3. Det vil altså tage en sådan kompressor 0,22 time eller 800 sekunder for at transportere 1 kg R134a rundt. I de 800 sekunder transporteres 150kJ ud af fra fordamperen. Da J/s = Watt, giver det en køleeffekt på /800 = 187,5W. Hvis vi så ellers kan regne med COP faktoren på de 3, trækker kompressoren 187,5W/5 = 62,5W ud fra stikkontakten Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

46 E413, GRUNDLÆGGENDE KØLETEKNIK OG KØLEMIDLER Her er ikke medregnet den såkaldte isentropiske virkningsgrad, som er den virkningsgrad hvormed kompressionen foregår, og der er heller ikke medregnet selve kompressorens virkningsgrad. Det reelle tal bliver derfor større. Erfaringen siger ca. 25 % ved små kompressorer, så vi må nok regne med et forbrug på ca. 78 W. Hvis man har brug for en bestemt køleeffekt, kan man som en grov håndregel sige at der til en slagvolumen på 1cm3 svarer en køleeffekt på ca. 40W i fryser og køleskabsverdenen, hvor fordamper temperaturen ligger omkring 25 /C og kondenseringstemperaturen ligger omkring 40 /C. Hvis man hæver fordampertemperaturen til omkring de 10 /C falder køleeffekten til ca. 20 W for en slagvolumen på 1cm 3. Der er denne COP faktor som gør at varmepumper er en god ide, da man jo her stjæler energien fra fx udendørsluften og transportere denne energi ind i huset Emne FD Rev Hft-1110 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

47 E413, DEN HERMETISKE KOMPRESSOR Den hermetiske kompressor Kompressoren der anvendes i mindre kølesystemer, er såkaldte hermetiske kompressorer, hvilket betyder at pumpeenhed og elmotor er indbygget i en lukket kasse, der ikke kan serviceres. I bunden af kompressoren er der olie, som har til opgave at give smøring til motor og pumpe, samt at transportere varmen fra motor og pumpeenhed ud til kabinettet, så denne varme kan videregives til omgivelserne. Sugestudsen sluttes til køleanlæggets fordamper via en sugegasakkumulator (sugepotte). Trykstudsen tilsluttes til køleanlæggets kondensator. Via processtudsen kan man så evakuere køleanlægget, for senere hen at påfylde kølemiddel. Som det ses er sugestudsen placeret hensigtsmæssigt i forhold til pumpeenhedens indgang. Dette er ikke altid tilfældet. På nogle kompressorer er der ikke forskel på sugeog processtuds, så her er det lige meget hvilken der anvendes som sugestuds/processtuds. Som det fremgår af tegningen, kommer kølemidlet i direkte kontakt med kompresserolien, hvorfor det er vigtigt af kølemiddel og kompressorolie kan forenes. Til de forskellige kølemidler hører der derfor forskellige olier. Disse olietyper er følgende: CFC HCFC HFC HC Mineralsk olie * (*) * Esterolie (POE) * * Som det ses, kan HCFC både anvende mineralsk og esterolie, men tests har vis at effektiviteten er størst ved anvendelse af esterolie Emne FD Rev Hft-1111 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

48 E413, DEN HERMETISKE KOMPRESSOR Placering af sugestuds, processtuds, og trykstuds varierer fra fabrikat til fabrikat. Det sikreste er at følge rørene i det apparat kompressoren sidder i, eller læse i databladet til den pågældende kompressor. Selve pumpeenheden er oftest en stempel pumpe, som virker på følgende måde. Når stemplet kører nedad dannes over stemplet et undertryk, hvorved ventilen i venstreside åbner og ventilen i højre side lukker. Nu suges der ind fra venstre side, og ind i over stemplet. Når så stemplet kører opad, dannes et overtryk over stemplet, hvorved ventilen i venstre side lukker, og ventilen i højre side åbner, hvorved den komprimerede gas strømmer ud i højre side. Venstre side er altså sugesiden og højre side er tryksiden. Krumptappen drejes rundt af en elmotor. Elmotoren der anvendes er en såkaldt "én faset motor med hjælpevikling", hvilket vil sige at den har en kørevikling eller hovedvikling og en hjælpe eller startvik Emne FD Rev Hft-1111 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

49 E413, DEN HERMETISKE KOMPRESSOR ling. Hjælpeviklingen har til opgave at hjælpe motoren i gang, hvorefter motoren så får sin kraft gennem hovedviklingen. Som start kontakt anvendes flere forskellige systemer, som alle har til opgave mere eller mindre at afbryde for startviklingen, når motoren er kommet op i omdrejninger. Selve drejefeltet i en sådan motor opnås ved at sørge for at induktansen i start og kørevikling er forskellige. Derved opnås den faseforskel der er nødvendig for at motoren kan starte. Til højre ses rotoren og statoren for motoren. I midten er vist hvordan hovedvikling og startvikling er placeret i motoren, og til venstre er vist hvordan de elektrisk er forbundet sammen. Kompressoren er udstyret med en gennemføring, hvorigennem de tre tilslutninger, køre start og fælles, er ført ud, således at man kan montere en startanordning på kompressoren. Så godt som alle kompressorfabrikanter anvender en trebenet gennemføring for hovedvikling/kørevikling (K), startvikling (S) og fælles (F). Det viste billede er placeringen af disse ved en Danfoss kompressor Emne FD Rev Hft-1111 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

50 E413, DEN HERMETISKE KOMPRESSOR Hvad der er tilsluttet til de tre ben, varierer fra fabrikant til fabrikant, men alle har ført hovedvikling, startvikling og fælles ud på disse ben. Nogle af fabrikanterne har indbygget i kompressoren et bimetals relæ i serie med fællesbenet, til at beskytte motorens vikling. Når denne er indbygget i selve kompressoren, kaldes det for en viklingsbeskytter. Hvis denne "sikring" er monteret udenfor i forbindelse med startanordningen, kaldes det for en motorbeskytter, men de virker på samme måde. De kobler begge ud ved en for høj temperatur, som enten kan dannes af om kompressoren er meget varm, eller hvis strømmen igennem kompressorens viklinger er for stor gennem for lang en tid. Det sidste kan ske hvis motoren er blokeret. Den viste er en udvendig motorbeskytter. I højre side er den vist i lukket og åben tilstand Emne FD Rev Hft-1111 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU

51 E413, DEN HERMETISKE KOMPRESSOR Måling på kompressormotorens viklinger Man kan måle på kompressorens tilslutninger og på den måde afgøre om køre og startvikling er intakte. Dette gøres ved at måle modstanden i disse. Der foretages i alt tre modstandsmålinger på gennemføringen på selve kompressoren. Som det ses, er der ikke vist hvad der er køre, start og fælles tilslutning på gennemføringen. Dette skyldes at det er ligegyldigt, da man bare laver de tre målinger, hvor så summen af de to mindste målinger skal give den største måling. Hvis man checke de aktuelle værdier for en bestemt kompressor, er man nød til at finde disse værdien i databladet for den aktuelle kompressor. I det viste eksempel vil summer af måling 1 og 3 give måling 2. Startmetoder Den føromtalte startkontakt udføres på 2 forskellige måder, som er afhængig af kompressorens anvendelse. En der gør det muligt at start og stoppe kompressoren uden at vente på trykudligning i kølekredsen, og en hvor der skal være trykudlignet i kølekredsen, før kompressoren kan starte op. I almindelige køleskabe og dybfrysere anvendes metoden med trykudligning mellem hver start, da den er billigst i startudstyr og den ventetid der måtte være mellem hver start ikke gør noget for selve køleskabet Emne FD Rev Hft-1111 Rekv. 0 Prod :25 Ordre 000 EVU