Kältemaschinen

Zusammenfassung

Um einen Stoff zu kühlen, d. h. seine Temperatur zu senken, muß ihm Wärme entzogen werden. Solche Kühlvorgänge sind schon bei der Kondensation des Wasserdampfes in Dampfkraftanlagen, bei der Kühlwasserrückkühlung und bei der Druckluftkühlung in Zwischen- und Nachkühlern betrachtet worden, wobei Wärme von einem Stoff mit hoher Temperatur letzten Endes auf die Umgebungsluft zu übertragen war. Solange die Temperatur des zu kühlenden Stoffes höher als die gewöhnliche Umgebungstemperatur bleibt, also ein natürliches Temperaturgefälle besteht, ist der Wärmeübergang ohne besonderen Aufwand möglich. Anders liegen die Verhältnisse, wenn die durch. Kühlen zu erzielende Temperatur unterhalb der üblichen Umgebungstemperatur, oft sogar weit unter dem Gefrierpunkt des Wassers liegt. Bei dieser als „Kälteerzeugung“ bezeichneten Kühlung auf tiefe Temperaturen muß die abzuführende Wärme auf Luft oder Kühlwasser übertragen werden, deren Temperatur höher als die des zu kühlenden Stoffes ist und meist über 10° C liegt. Während bei einer Wärmeübertragung mit Temperaturgefälle Arbeit gewonnen werden kann (Dampfkraftanlage, Verbrennungskraftmaschine), ist nach dem 2. Wärmehauptsatz¹ im umgekehrten Fall der Kälteerzeugung Arbeit aufzuwenden, um Wärme von niedrigem auf ein höheres Temperaturniveau zu fördern. Die für diesen Wärmetransport erforderliche Energie kann dem Kälteprozeß in verschiedener Form zugeführt werden. Bei den hier wegen ihrer größten Verbreitung bei hohen Kälteleistungen nur behandelten Kaltdampfkompressionsmaschinen wird diese Arbeit von einem Kompressor als Verdichtungsarbeit verrichtet. Die Vorgänge in einer Kompressorkälteanlage sind dann zum Teil den umgekehrten Vorgängen in einer Dampfkraftanlage vergleichbar, jedoch mit dem Unterschied, daß sie bei tieferen Temperaturen verlaufen. Der Wasserdampf muß deshalb durch solche Stoffe ersetzt werden, die innerhalb tragbarer Druckgrenzen bei Temperaturen um und unter 0° C flüssig und bei normaler Umgebungstemperatur dampfförmig sind. Geeignet sind Ammoniak (NH₃), Kohlendioxyd (CO₂) und die Freone oder Frigene genannten Chlor-Fluor-Derivate des Methans (F 11 = CCl₃ F, F 12 = CCl₂F₂ und F 22 = CHClF₂). Für Ammoniak, Frigen 12 und Kohlendioxyd sind die für die Kälteerzeugung maßgebenden Eigenschaften in der Zahlentafel 30 (S. 480) zusammengestellt. Aus der Zahlentafel ist zum Beispiel zu entnehmen, daß sich ein Kühlvorgang zwischen − 10° C und + 20° C bei einer Ammoniakkältemaschine innerhalb der Druckgrenzen von 2,93 bis 8,65 ata, bei einer Kohlendioxydkältemaschine dagegen von 27,1 bis 58,1 ata abspielt.