Erklären Sie umfangreich, warum es sehr unpräzise ist zu sagen, dass das Ziel eines Kältemittelverdichters ist, die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen.
• Ziel des Verdichters: Druck des Kältemittels erhöhen.
• Temperatur steigt als Folge der Druckerhöhung.
• Hauptziel: Verdichtung auf Kondensationsdruck, nicht primär Temperaturerhöhung.
Warum lässt sich die Effizienz eines Verdichters nicht einfach als das Verhältnis des vom Gasstrom aufgenommenen Energiestroms zu dem als technische Arbeit zugeführten Energiestrom beschreiben?
• Verdichter ist ein offenes System.
• Massenstrom und Enthalpieaustausch müssen berücksichtigt werden.
• Verschiebearbeit und Reibungsverluste spielen eine Rolle.
Erklären Sie, welche Funktion der Verdichter im Plank‐Prozess hat.
• Aufgabe: Druckerhöhung des Arbeitsmediums.
• Dadurch wird Kondensation im Verflüssiger bei höherer Temperatur und Druck ermöglicht.
• Wärmeabgabe im Verflüssiger wird möglich.
Erklären Sie die Berechnung des isentropen Gütegrads.
• Verhältnis: Arbeit bei isentroper Verdichtung zu realer Verdichtungsarbeit.
• Misst Effizienz des realen Verdichters im Vergleich zum idealen Verdichter.
Erklären Sie, warum der isentrope Gütegrad eines Verdichters per Definition kein Wirkungsgrad ist.
• Gütegrad beschreibt Verhältnis idealer zu realer Arbeit.
• Kein Wirkungsgrad im klassischen Sinn, da auf idealisierten Prozess bezogen.
• Absolute Effizienz wird nicht angegeben.
Erklären Sie den isentropen Gütegrad auf Basis eines log p,h‐Diagramms.
• Isentroper Gütegrad: Verhältnis der Enthalpiedifferenzen.
• Differenz zwischen isentroper und realer Enthalpiedifferenz zeigt Verluste des Verdichters.
Erklären Sie ausführlich den idealisierten Verdichtungsprozess eines Verdrängungsverdichters auf Basis des p,V‐Diagramms.
• Prozess: Adiabate (isentrope) Kompression.
• Volumen wird verringert, Druck steigt an.
• Keine Wärme wird mit der Umgebung ausgetauscht.
Erklären Sie mithilfe mehrerer p,V‐Diagramme des Verdichtungsprozesses, wie Volumenänderungsarbeit und Druckänderungsarbeit zusammenhängen und was das mit der Definitionsgleichung der Enthalpie zu tun hat.
• Volumenänderungsarbeit: Fläche unter der p,V-Kurve.
• Druckänderungsarbeit: Druckänderung bei konstantem Volumen.
• Zusammenhang über die Enthalpie: Enthalpie enthält Informationen über Volumen- und Druckänderungsarbeit.
Erläutern Sie die vier Phasen des realen Verdichtungsprozesses eines Hubkolbenverdichters.
• Saugphase: Gas wird angesaugt.
• Verdichtungsphase: Volumen verringert, Druck steigt.
• Ausschubphase: Gas wird ausgestoßen.
• Rückentlastung: Kolben kehrt zurück, ohne weiteres Gas zu fördern.
Was ist unter dem Liefergrad eines Verdichters zu verstehen? Wie ändert er sich mit steigendem Druckverhältnis?
• Liefergrad: Verhältnis des geförderten Volumens zum maximal möglichen Volumen.
• Mit steigendem Druckverhältnis nimmt der Liefergrad ab.
Was ist unter dem Schadraum eines Hubkolbenverdichters zu verstehen? Erklären Sie anschaulich, warum der Schadraum einen negativen Einfluss auf den Liefergrad hat und wie sich dieser mit steigendem Druckverhältnis verändert.
• Schadraum: Volumen im Zylinder, das nicht gefördert wird.
• Negativer Einfluss: Reduziert das nutzbare Volumen für Verdichtung.
• Mit steigendem Druckverhältnis steigt der negative Einfluss des Schadraums auf den Liefergrad.
Erklären Sie ausführlich, warum eine die Zustände von Saugstutzen und Druckstutzen direkt verbindende Linie nicht dem realen Verdichtungsverlauf entspricht und wie diese Line bezeichnet wird.
• Reale Verluste: Reibung, Wärmeabgabe.
• Ideale Linie: Isentrope Verdichtung.
• Realer Verdichtungsverlauf weicht ab, da keine ideale Kompression vorliegt.
Erklären Sie, warum es nicht möglich ist, die Verdichtungsarbeit im log p,h‐Diagramm direkt abzulesen und welche Annahmen getroffen werden müssen, damit eine indirekte Abbildung möglich ist. Wann sind diese Annahmen realistisch?
• Verdichtungsarbeit nicht direkt im p,h-Diagramm ablesbar (Enthalpiediagramm).
• Annahme: Isentrope Verdichtung.
• Realistisch, wenn keine Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
Erklären Sie das Funktionsprinzip eines Scrollverdichters (alternativ eines Schraubenverdichters).
• Scrollverdichter: Zwei spiralförmige Elemente.
• Eines stationär, das andere rotiert exzentrisch.
• Gas wird in Kammern eingeschlossen und verdichtet.
Was wird bei Verdrängungsverdichtern unter Unter‐ und Überverdichtung verstanden?
• Unterverdichtung: Gas wird nicht ausreichend verdichtet.
• Überverdichtung: Gas wird mehr als notwendig komprimiert, führt zu Energieverlusten.
Nennen Sie die wichtigsten exergetischen Verluste der Verdichtung und erläutern Sie diese.
• Wärmeverluste: Abgabe von Wärme an die Umgebung.
• Reibungsverluste: Mechanische Verluste im Verdichter.
• Druckverluste: Verluste durch Strömungswiderstände.
Wie unterscheiden sich Strömungsverdichter von Verdrängungsverdichtern?
• Strömungsverdichter: Kontinuierlicher Gasstrom, Druckaufbau durch Beschleunigung.
• Verdrängungsverdichter: Gas wird in Kammern eingeschlossen und durch Volumenreduktion verdichtet.
Erläutern Sie, warum Hubkolbenverdichter in einem breiten Spektrum unterschiedlichster Anwendungen eingesetzt werden, ihnen Scroll‐Verdichter aber teilweise überlegen sind.
• Hubkolbenverdichter: Sehr flexibel, viele Druckbereiche.
• Scrollverdichter: Effizienter, leiser bei konstantem Druckverhältnis.
Was versteht man unter einem Economizer‐Anschluss an einem Verdichter?
• Anschluss für Kältemittel mit Zwischendruck.
• Effizienzsteigerung durch zweistufige Verdichtung.
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