TUM Kfz-Klimatisierung SS 2004

Transkript

1 Kältetechnik Einführung Methoden der Kälteerzeugung Betriebsmittel Feuchte Luft Kältemaschinen Kältetechnik im Kraftfahrzeug Kältespeicherung / Standklimatisierung

2 Kältetechnik Einführung Vorbemerkungen Begriffsklärungen Geschichte Anwendung der Kältetechnik

3 Vorbemerkungen Kältetechnik: Teilbereich der Wärmelehre / Thermodynamik Grundlagen: Thermodynamik I (Prof. Sattelmayer) Thermodynamik II (Prof. Sattelmayer) Wärme- und Stoffübertragung (Prof. Polifke) Definitionen Hauptsätze der Thermodynamik Kreisprozesse (Carnot), Dämpfe Feuchte Luft, h, x-diagramm Wärmeübertragung...

4 Begriffsklärungen Kälte : abgeführte Wärmemenge Q 0 Kälteerzeugung oder Kälteleistung : Wärmeentzug von einem Körper, dessen Temperatur tiefer liegt als die Umgebungstemperatur (mittels KM) Enthalpie H: Wärmeinhalt eines Stoffes (bei bestimmter Temperatur) Entropie S: Arbeitsfähigkeit einer Wärmemenge Irreversibilität eines Prozesses (Energieentwertung, max. bei Gleichgewicht) Aggregatzustandsänderung eines Stoffes

5 Begriffsklärungen T, h-diagramm für Wasser (1013 mbar)

6 Begriffsklärungen Phasendiagramm eines Kältemittels (Bsp. Wasser) Tripelpunkt: reines Wasser, sein Dampf sowie Eis im Phasengleichgewicht (273,16 K; 0,00611 bar) Kritischer Punkt: trockener Wasserdampf und siedendes Wasser haben gleiche Dichte (374,12 C; 221,15 bar; 0,00315 m³/kg)

7 Begriffsklärungen Dampfdruckkurve (Siedelinie) von R 134a

8 Begriffsklärungen Dampfzustände: Nassdampf - Gesättigter Dampf - Überhitzter Dampf

9 Begriffsklärungen 2. Hauptsatz der Thermodynamik: Ablaufrichtung natürlicher Prozesse; Wärme Arbeit nur begrenzt Wärme: kalter Körper warmer Körper (Clausius 1850); Wärmequelle Wärmesenke Kältemaschine Wärme Arbeit nur mit Temperaturunterschied Anergie (Umgebungsenergie) Exergie (technisch verwertbare Arbeit)

10 Geschichte Altertum Verdunstungs-, Strahlungs-, Eis- und Schneekühlung 1660 Erste gewerbsmäßige Herstellung von Speiseeis in Paris durch PROCOPE COUTEAU WILLIAM CULLEN bringt Wasser unter der Glocke einer Luftpumpe zum Gefrieren JOSEF BLACK entdeckt die latente Schmelzwärme und die latente Verdampfungswärme LOUIS CLOUET und GASPARD MONGE gelingt zum ersten Mal die Verflüssigung eines Gases (SO 2 ) FREDERIC TUDOR organisiert den Eishandel (Natureis).

11 Geschichte 1810 JOHN LESLIE baut die erste Vakuum-Absorptionsmaschine (Schwefelsäure und Wasser) Erste klassische Arbeit MICHAEL FARADAYS über die Gasverflüssigung NICOLAS LEONARD SADI CARNOT entdeckt den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik (2. HS) JAKOB PERKINS baut die erste Kaltdampfmaschine (mit Äthyläther als Kältemittel) J. PELTIER erkennt, daß beim Fließen von elektrischem Strom in unterschiedlichen Leitern Erwärmung und Abkühlung auftritt Verfestigung der Kohlensäure durch THILORIER.

12 Geschichte JULIUS ROBERT MAYER und JAMES PRESCOTT JOULE entdecken die Äquivalenz von Wärme und Arbeit (Erster Hauptsatz der Thermodynamik, 1. HS) JOHN GORRIE baut die erste Kaltluftmaschine RUDOLF CLAUSIUS und WILLIAM THOMSON greifen die Ideen CARNOTS auf und entwickeln sie weiter Erfindung der Wärmepumpe durch WILLIAM THOMSON JAMES HARRISON vervollkommnet die Kaltdampfmaschine mit Äthyläther als Kältemittel WILLIAM SIEMENS entdeckt das Regenerativverfahren Erster Lebensmitteltransport in Eisenbahnwagen mit Eiskühlung in Amerika.

13 Geschichte 1859 Erstmaliger Einbau einer Kältemaschine in einer Brauerei durch FERDINAND CARRÉ FERDINAND CARRÉ erfindet die Ammoniak-Absorptionskältemaschine Bau der ersten Fleischgefrieranlage in Sydney durch THOMAS SUTCLIFFE MORT und EUGENE DOMINIQUE NICOLLE ALEXANDER CARNEGIE KIRK baut die erste industriell verwertbare Kaltluftmaschine W. THOMSON und J.P. JOULE stellen eine Abkühlung der Luft bei der Drosselung fest (Joule/Thomson Effekt) Bau des ersten Kühlhauses in den Vereinigten Staaten.

14 Geschichte 1869 Klärung des Kritischen Zustandes durch THOMAS ANDREWS GEORGE H. HAMMOND organisiert den Transport von frischem Fleisch in Eisenbahnkühlwagen CHARLES TELLIER baut die erste Kaltdampfmaschine mit Methyläther als Kältemittel JOHANNES DIDERIK VAN DER WAALS stellt seine Zustandsgleichung auf CARL LINDE gewinnt die Großbrauereien für die Verwendung von Kältemaschinen CARL LINDE baut die erste Kaltdampfmaschine mit Ammoniak als Kältemittel.

15 Geschichte 1874 RAOUL PICTET baut die erste Kaltdampfmaschine mit Schwefeldioxyd als Kältemittel CHARLES TELLIER macht den Versuch eines überseeischen Gefrierfleischtransportes Verflüssigung von Sauerstoff, Stickstoff und anderer "permanenter" Gase durch LOUIS CAILLETET und RAOUL PICTET Bau der ersten großen Kühl- und Gefrierhäuser in USA, England und Argentinien Errichtung der ersten Kühlhäuser in deutschen Schlachthöfen.

16 Geschichte 1883 KAROL OLSZEWSKI und ZYGMUNT WROBLEWSKI verflüssigen Luft im Labormaßstab an der Universität Krakau F.H. POETSCH wendet das Gefrierverfahren zur Schachtabteufung an Bau der ersten gekühlten Eisenbahnpersonenwagen durch die Baltimore-Ohio-Eisenbahngesellschaft CARL LINDE baut die erste Luftverflüssigungsmaschine mit Entspannung durch Drosselung Verflüssigung des Wasserstoffs durch JAMES DEWAR HERMANN GEPPERT führt in die Absorptionsmaschinen ein neutrales, druckausgleichendes Gas ein.

17 Geschichte 1902 G. CLAUDE stellt flüssige Luft durch Entspannung in einem Expansionszylinder her CARL LINDE trennt flüssige Luft in Sauerstoff und Stickstoff durch Rektifikation R. MOLLIER entwickelt die i,s Enthalpie-Entropie- und i,p Enthalpie-Druck-Diagramme (h,s- und h,p-diagramme) WALTER NERNST entdeckt den Dritten Hauptsatz der Thermodynamik (3. HS) Verflüssigung des Heliums durch HEIKE KAMERLINGH ONNES Bau der ersten Wasserdampf-Strahlkältemaschine durch MAURICE LEBLANC.

18 Geschichte 1910 Bau der ersten EDELEANU-Anlage zur Raffination von Rohöldestillaten A.J.A. OTTESEN erfindet ein rationelles Schnellgefrierverfahren Grundlegung der Klimatechnik durch WILLIS H. CARRIER EDMUND ALTENKIRCH erfindet die mehrstufigen Absorptionskältemaschinen Serienherstellung maschineller Haushalt-Kühlschränke B. von PLATEN und C.G. MUNTERS wählen Wasserstoff als druckausgleichendes Gas in Absorptionsmaschinen Festes Kohlendioxyd (Trockeneis) gelangt zu industrieller Bedeutung.

19 Geschichte 1926 W.F. GIAUQUE und P. DEBYE schlagen die Methode der adiabaten Entmagnetisierung zur Erzeugung tiefster Temperaturen vor Beginn der industriellen Erzeugung von Freonen (FCKW) Klimatisierung der Kabinen in Flugzeugen erste serienmäßige Klimaanlage für Pkw in den USA 1957 Bau einer Luftverflüssigungsmaschine (Gaskältemaschine) durch die Firma PHILIPS.

20 Geschichte 1987 Montreal-Protokoll legt fest, daß die weltweite FCKW- Produktion auf den Stand von 1986 eigefroren und bis Ende 1999 halbiert werden soll Bundesrat verabschiedet eine FCKW-Halon-Verordnung, die die Verwendung vollhalogenierter Kohlenwasserstoffe bis Ende 1994 und teilhalogenierter bis Ende 1999 erlaubt Kyoto Protokoll (UN Weltklimakonferenz): (EU am ratifiziert) HFKW (z.b. R 134a) mitverantwortlich für die Erwärmung der Erdatmosphäre; EU bis 2010: Reduzierung aller Treibhausgase bis 2010 um 8% (Referenz Stand 1990) 2003 EU-Kommission -> Vorschlag für EU-Verordnung: ab Kältemittel mit Treibhauspotenzial (GWP) <150, d.h. CO 2, R 152a

21 Anwendung der Kältetechnik Chemische Industrie Gasverflüssigung Kunstdünger Kunststoffe Zellwolle Kunstkautschuk (Buna) Filme etc.

22 Klimatechnik Anwendung der Kältetechnik Luftkonditionierung Lufttrocknung Wärmepumpen

23 Anwendung der Kältetechnik Medizin und Pharmazie Konservierung von Blutplasma, Organen, Arzneien Herstellung von Arznei Aufbewahrung von Leichen

24 Petro - Industrie Anwendung der Kältetechnik Flüssiggas-Erdgas-Herstellung Gaszerlegung Kunststofffabrikation

25 Forschung Anwendung der Kältetechnik Physik: Botanik: Biologie: Supraleitfähigkeit Pflanzenzüchtung Dünnschnittvorbereitung, Konservierung

26 Anwendung der Kältetechnik Lebensmittelindustrie Eiserzeugung Milch und Milchprodukte Brauereiwesen Fischerei Kühlhäuser (Lagerung) Fleischkonservierung Schnellgefrieranlagen Gefriertrocknung etc.

27 Verschiedenes Anwendung der Kältetechnik Bergbau-Bewetterung Lebensmittelversorgung Sport: Kunsteisbahnen, Schwimmhallen Tiefbau: Vereisung von Durchbrüchen Einsatz von Wärmerohren (Heat Pipes) im Permafrost Computer-Kühlung Getreide-Kühlung Magnet-Schwebebahn

28 Anwendung der Kältetechnik Handels- und Transportkälte Kühlhäuser Kühlwagen (LKW) Kühlvitrinen Getränkeautomaten Getränkeausschank Transportfahrzeuge für Flüssiggase Flüssiggasleitungen Container

29 Haushaltskälte Kühlschränke Gefriertruhen Eismaschinen Wasserkühler Anwendung der Kältetechnik