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Dampfkompressionskältekreislauf

1834
  • Oliver Evans
  • Jacob Perkins
  • Alexander Twining
Dampfkompressionskälteanlage im Maschinenbaulabor.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Der Dampfkompressionszyklus ist der thermodynamisch Das von den meisten Wärmepumpen genutzte Verfahren umfasst vier Phasen: Kompression des Kältemitteldampfes, Kondensation zu einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit unter Wärmeabgabe, Expansion durch ein Ventil zu einem unter niedrigem Druck stehenden Flüssigkeits-Dampf-Gemisch und Verdampfung zu einem unter niedrigem Druck stehenden Dampf unter Wärmeaufnahme. Dieser Kreislauf transportiert thermische Energie effektiv entgegen ihrer natürlichen Fließrichtung.

Der Dampfkompressionskreislauf ist der Grundstein der modernen Kälte- und Wärmetechnik. Pumpe Technologie. Sie nutzt das physikalische Prinzip von latente Wärme Bei der Verdampfung nimmt ein Stoff beim Phasenübergang von flüssig zu gasförmig eine große Menge Energie auf oder gibt sie ab. Der Kreislauf nutzt ein leichtflüchtiges Fluid, das als Kältemittel bezeichnet wird.

Der Prozess beginnt im Kompressor, der Kältemitteldampf mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur ansaugt und zu überhitztem Dampf mit hohem Druck und hoher Temperatur verdichtet. Dies erfordert einen erheblichen mechanischen Energieaufwand. Anschließend strömt der heiße Dampf in den Kondensator, einen Wärmetauscher, wo er Wärme an die wärmere Umgebung (z. B. Außenluft im Sommer) abgibt und zu einer Flüssigkeit unter hohem Druck kondensiert. In der dritten Stufe, dem Expansionsventil (oder einem Kapillarrohr), erfährt die Flüssigkeit unter hohem Druck einen raschen Druckabfall, der als Verdampfen bezeichnet wird. Dadurch entsteht ein Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur. Schließlich gelangt dieses kalte Gemisch in den Verdampfer, einen weiteren Wärmetauscher, wo es Wärme aus der kälteren Umgebung (z. B. Raumluft im Sommer) aufnimmt, wodurch die restliche Flüssigkeit verdampft. Dieser Dampf unter niedrigem Druck kehrt dann zum Kompressor zurück, und der Kreislauf beginnt von Neuem. Durch Umkehrung der Funktionen von Kondensator und Verdampfer kann das System auch zum Heizen anstatt zum Kühlen verwendet werden.

UNESCO Nomenclature: 3322
- Maschinenbau

Typ

Thermodynamischer Zyklus

Störung

Revolutionär

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Verständnis der latenten Wärme durch Joseph Black
  • Das Boyle-Mariotte-Gesetz und das Charles-Gesetz zur Beschreibung des Gasverhaltens
  • Entwicklung früher mechanischer Kompressoren für industrielle Prozesse
  • Entdeckung, dass flüchtige Flüssigkeiten wie Ether bei schneller Verdunstung eine Abkühlung bewirken

Anwendungen

  • Haushaltskühlschränke und -gefrierschränke
  • Klimaanlagen für Gebäude und Fahrzeuge
  • Industrielle Kälteanlagen für die Lebensmittelverarbeitung und chemische Industrie
  • Kryogenik für liquefaction of gases like nitrogen and oxygen
  • Kältemaschinen für große gewerbliche HLK-Systeme

Patente:

  • GB Patent 6662 (Jacob Perkins, 1834)

Potenzielle Innovationsideen

  • Ölfreie Magnetlagerkompressoren zur Vermeidung von Reibungsverlusten und Verbesserung der Zuverlässigkeit
  • Mikrokanal-Wärmetauscher für Kondensatoren und Verdampfer zur Vergrößerung der Oberfläche und Verbesserung der Wärmeübertragungseffizienz
  • Elektronische Expansionsventile zur präzisen Kältemittelstromregelung und damit zur Verbesserung der Effizienz über einen breiteren Bereich von Betriebsbedingungen
  • refrigerant-free cycles using magnetic (magnetocaloric) or Akustik (thermoacoustic) principles
  • Miniaturisierte Dampfkompressionszyklen zur Kühlung von Unterhaltungselektronik und Mikrorobotik
  • Kaskadenkältesysteme, die mehrere ineinander verschachtelte Kreisläufe mit unterschiedlichen Kältemitteln nutzen, um extrem niedrige Temperaturen zu erreichen
  • Ejektor-unterstützte Kältekreisläufe, die Abwärme nutzen, um die Kompressorlast zu reduzieren
  • Entwicklung von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial (GWP) als Ersatz für herkömmliche HFKW
  • Solarthermisch betriebene Absorptions-Kompressions-Hybridzyklen
  • integrierte Systeme, die die Abwärme des Kältekreislaufs zur Warmwasserbereitung nutzen
Related to: vapor-compression, refrigeration cycle, refrigerant, compressor, condenser, expansion valve, evaporator, thermodynamics, phase change, heat transfer.

Historischer Kontext

Dampfkompressionskältekreislauf

-500
1750
1788
1834
1850
1850
1850
-500
1700
1761
1807-01-01
1850
1850
1850
1850

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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