Kältemittel-Material

Kälteanlagen entziehen ihrer Umgebung Wärme und sorgen somit für eine niedrigere Temperatur als in der Umgebung. Es existieren verschiedene Typen von Kälteanlagen: die Kompressionskältemaschinen, die Absorptionskälteanlagen, die Adsorptionskältemaschine und die Dampfstrahlkälteanlage. Alle Kälteanlagen durchströmt ein Kältemittel.

Kältemittel werden zur Wärmeübertragung in Kältemaschinen eingesetzt. Sie nehmen Wärme bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck auf und geben Wärme bei höherer Temperatur und höherem Druck wieder ab. Es ist zu beachten, dass kein bestehendes Kältemittel alle gewünschten Anforderungen wie Umweltverträglichkeit, eine hohe Verdampfungsenthalpie, Brennbeständigkeit, chemische Beständigkeit und preiswerte Verfügbarkeit erfüllen kann. Eine Abstimmung auf die jeweilige Anwendung ist deshalb unbedingt erforderlich.

Natürliches Kältemittel

Aufgrund ökologischer Überlegungen und der daraus resultierenden staatlichen Auflagen werden natürliche Kältemittel sowie synthetische Kältemittel mit einem niedrigen Treibhauspotential immer häufiger eingesetzt. Zu den natürlichen Kältemitteln gehören Ammoniak, Kohlenstoffdioxid und Kohlenwasserstoffe wie Propan, Propen oder Isobutan. Auch Wasser kann zum Einsatz kommen, aufgrund seines hohen Gefrierpunktes jedoch nur in sehr beschränktem Umfang. Die wenigen Nachteile der natürlichen Kältemittel sind die Giftigkeit von Ammoniak und die teilweise hohe Brennbarkeit und Explosionsgefährlichkeit der natürlichen Kohlenwasserstoffe.

Synthetisches Kältemittel

Heutzutage zulässige synthetische Kältemittel bieten den Vorteil, dass sie als ungiftig, nicht brennbar und chemisch stabil gelten. Teilweise weisen sie jedoch hohe Treibhauspotentiale auf. Ein Gemisch aus Difluormethan und Pentafluorethan wird heute häufig in verschiedenen Kältemaschinen eingesetzt. Zudem lässt sich auch reines Difluormethan anwenden. Weitere synthetische Kältemittel, die häufig eingesetzt werden, sind diverse teilhalogenierten Fluor-Kohlenwasserstoffe und deren Gemische.

Arbeitspaare in Absorptionskälteanlagen

In Kompressionskälteanlagen können alle genannten Kältemittel verwendet werden. In Absorptionskälteanlagen wird in Verbindung mit dem Kältemittel ein Sorptionsmittel eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Lösung, die den kalten Dampf des Kältemittels bei niedrigem Druck und bei Kondensationstemperatur aufnimmt und diesen bei höherem Druck und höherer Temperatur wieder austreibt. Als konventionelle Stoffpaare aus Kältemittel und Sorptionsmittel, so genannte Arbeitspaare, werden dabei Wasser mit Lithiumbromid sowie Wasser mit Ammoniak eingesetzt.

Als Sorptionsmittel können jedoch auch ionische Flüssigkeiten eingesetzt werden. Bei ionischen Flüssigkeiten handelt es sich um organische Salze, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Beispiele für geeignete ionische Flüssigkeiten sind die Stoffe Cholinglycolat, Diethylmethylammoniummethansulfonat und Ethylammoniumnitrat. Es hat sich allerdings gezeigt, dass mit ionischen Flüssigkeiten in kommerziell verfügbaren Kältemaschinen nicht die gleiche Kälteleistung wie bei Wasser-Lithiumbromid erreichbar ist.

Arbeitspaare in Adsorptionskälteanlagen

In Adsorptionskälteanlagen kommen anstatt eines flüssigen Sorptionsmittels hochporöse Feststoffe wie diverse Zeolithe oder Silikagel zum Einsatz. Die Arbeitspaare werden jeweils zwischen diesen Materialien und dem Kältemittel Wasser gebildet. Bei den Zeolithen handelt es sich um Alumosilikate, während das Silikagel ein amorphes Siliziumdioxid ist.

Englische Übersetzung(en):

materials for refrigerants