Tribolex    Expertise, ervaring en creativiteit

 

Koelcompressoren

 

Koelcompressoren zijn niet anders dan gascompressoren of luchtcompressoren. In alle gevallen wordt een gas gecomprimeerd. Het verschil is dat het gas (koudemiddel) na compressie en afkoelen tot de vloeibare fase weer verdampt en dan weer teruggevoerd wordt naar de compressor. Het koudemiddel circuleert dus door de compressor. Wanneer er geen gebruik wordt gemaakt van een "olievrije" compressor, zal het koudemiddel ook resten smeermiddel bevatten. Daardoor worden aan het smeermiddel een aantal bijzondere eisen gesteld: het smeermiddel zal in het te verwachten temperatuurgebied mengbaar moeten zijn met het koudemiddel en niet mogen uitvlokken of afzettingen vormen.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

Compressiekoelsysteem

De opbouw van een compressiekoelsysteem ziet er in hoofdlijnen uit als links getekend.

In de compressor wordt het gas (koudemiddel) gecomprimeerd en daardoor nemen de druk en de temperatuur van het gas toe. In de condensor wordt het gas afgekoeld waarbij het over gaat in de vloeibare fase.

Vervolgens stroomt de vloeistof via een smoorklep naar de verdamper - waarbij de druk afneemt zodat de vloeistof weer verdampt. De daarvoor nodige warmte wordt aan de te koelen ruimte onttrokken. De damp stroomt terug naar de compressor om opnieuw te worden samengeperst.


Uitvoeringsvormen

Bij eenvoudige installaties als huishoudkoelkasten en diepvrieskisten worden hermetisch gesloten compressoren gebruikt waarbij het smeermiddel niet in contact komt met het gas.

Bij grotere installaties voor industrieel gebruik (koelcellen, airco-installaties in kantoren, kunstijsbanen, chemische installaties etc) worden compressoren toegepast waar het smeermiddel eventueel wel in contact kan komen met het gas. In dat geval zal het smeermiddel op moeten kunnen lossen in het koelmiddel en niet mogen uitvlokken bij de lage temperaturen zoals die in de verdamper kunnen optreden. Ook zal het gas zo weinig mogelijk moeten oplossen in het smeermiddel.

Vaak worden cascadesystemen toegepast, zoals rechts getekend. In een cascadeopzet onttrekt het gas de warmte niet direct aan de te koelen ruimte maar via een warmtewisselaar die doorstroomt wordt door een koelvloeistof.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

Oplosbaarheid van het smeermiddel in het koudemiddel

Hoeveel smeermiddel in het koudemiddel kan oplossen hangt af van het soort smeermiddel, het koudemiddel en de temperatuur. In de grafiek is daar een voorbeeld van te zien. Boven ca 3 °C zijn koudemiddel en smeermiddel in alle verhoudingen mengbaar. Wanneer de temperatuur daalt wordt de mengbaarheid minder. Zo kan bijvoorbeeld bij -8 °C nog slechts 20% smeermiddel oplossen in het koudemiddel en bij -10 °C nog ongeveer 38% koudemiddel in het smeermiddel. Wanner de temperatuur verder daalt zullen er twee niet-mengende vloeistoffen naast elkaar bestaan: smeermiddel met daarin opgelost een bepaalde hoeveelheid koudemiddel en koudemiddel met daarin opgelost een deel smeermiddel.

Voor bevredigend bedrijf dient de combinatie smeermiddel/koudemiddel zodanig te zijn samengesteld dat onder alle te verwachten omstandigheden er volledige menging is. Het koudemiddel is daarbij een gegeven, de keuze van het smeermiddel wordt daaraan aangepast.

Koudemiddelen

Er zijn heel veel gassen geschikt als koudemiddel. Ze worden aangegeven met R-xxx waarbij R staat voor "refrigerant" en xxx een getalcombinatie is die de samenstelling aangeeft. Een aantal bekende koudemiddelen zijn in de onderstaande tabel weergegeven. Koudemiddelen worden onderscheiden in CFK-, HCFK- en HFK- typen en natuurlijke koudemiddelen.De aanduiding CFK geeft aan dat het product bestaat uit chloor,fluor en koolstof. HCFK's bestaan uit waterstof, chloor, fluor en koolstof, HFK's uit waterstof, fluor en koolstof.



type
naam
formule
CFK
R-11
CFCl3
R-12
CF2Cl3
R-13
CF3Cl
R-113
C2F3Cl3
R-114
C2F4Cl2
R-115
C2Cl5
HCFK
R-21
CHFCl2
R-22
CHF2Cl
R-124
CHFClCF3
R-142b
CH3CClF2
HFK
R-23
CHF3
R-125
C2HF5
R134a
CH2F-CF3
natuurlijk koudemiddel
R-290
C3H8
R-717
NH3
R-744
CO2

CFK typen mogen inmiddels niet meer worden gebruikt. HCFK typen wel, maar ook het gebruik daarvan zal binnen afzienbare tijd niet meer zijn toegestaan. Het gebruik van HFK's zal op termijn aan beperkingen worden onderworpen. Zo zal bijvoorbeeld het toepassen van R-134a binnen enkele jaren voor gebruik in nieuwe autoairco's zijn verboden.

De belangrijkste criteria voor een verbod zijn de zogenaamde ODP en HGWP waarden, waarbij ODP staat voor de mate waarin het chloor in een product bij vrijkomen in de atmosfeer als katalysator kan bijdragen tot de afbraak van de ozonlaag en HGWP aangeeft hoeveel de halogeen/koolstof combinatie kan bijdragen aan het broeikaseffect. Beide waarden zijn relatief, de waarde voor het ODP en HGWP van R-11 zijn per definitie op 1 vastgesteld. Het uiteindelijke doel is die bijdragen zo veel mogelijk terug te brengen. De natuurlijke koudemiddelen hebben voor ODP de waarde 0 (ze bevatten geen chloor). De HGWP waarde is verwaarloosbaar. Natuurlijke koudemiddelen zijn echter om allerlei andere redenen niet altijd toepasbaar (brandgevaar, zeer hoge compressiebehoefte). R-717 wordt op betrekkelijk grote schaal gebruikt in industriekoelsystemen.

Het gebruik van koudemiddelen is aan vele vormen van regelgeving onderworpen, zowel ten aanzien van veiligheid op de arbeidsplaats als ten aanzien van milieuaspecten. Zo mogen koelinstallaties alleen worden onderhouden door daartoe specifiek opgeleid personeel.

Mengbaarheid van koudemiddelen en smeermiddelen

De verschillende typen koudemiddelen en smeermiddelen maken vele combinaties mogelijk. Sommige daarvan verdragen elkaar goed, andere volstrekt niet. In koelinstallaties met traditionele koudemiddelen (CFK's) werden minerale smeermiddelen gebruikt op basis van cycloalkanen (naftenen) vanwege het lage vloeipunt.De mengbaarheid is minder goed dan bij producten op basis van rechte of vertakte alkanen, maar deze komen niet in aanmerking vanwege de daarbij behorende hogere stolpunten. Aromatische producten voldoen niet vanwege de ontoereikende thermische en oxidatiestabiliteit. Moderne minerale olie van het onconventionele type zou wel goed met mengen met CFK's, maar door het inmiddels ingestelde verbod op CFK's is dat niet meer relevant.

Smeermiddelen voor moderne ecologisch minder belastende koelinstallaties



type koudemiddel
geschikt compressorsmeermiddel
HFCK/HFK mengsels
polyolesters
HFK's
polyolesters, eventueel polyalkeenglycolen
R-134a in autoairco's (HFK)
polyalkeenglycolen (levensduurvulling)
R-717 (ammoniak, NH3)
poly-alfa-olefinen, polyolesters, polyalkeenglycolen
R-744 (kooldioxide, CO2)
poly-alfa-olefinen

HCFK's en HFK's zijn niet mengbaar met traditionele minerale olie. Een aantal zijn wel mengbaar met onconventionele producten en PAO's. Ze zijn alle mengbaar met polyolesters en een aantal met polyalkeenglycolen. De meeste koelinstallaties op basis van HCFK's en HFK's worden gesmeerd met polyolesters. Een uitzondering daarop vormen autoairco's waar meestal polyalkeenglycolen worden gebruikt. Polyalkeenglycolen hebben een langere standtijd, wat bij niet verversbare systemen van belang is.

Wanneer bij industriële systemen een langere standtijd gewenst is, worden eveneens wel polyalkeenglycolen ingezet. In koelsystemen waarin ammoniak (NH3 / R-717) als koudemiddel wordt toegepast, kunnen compressoren worden gesmeerd met zowel poly-alfa-olefinen, polyalkeenglycolen en polyolesters. Voor CO2 installaties komen alleen PAO's in aanmerking. In de tabel zijn de aanbevelingen samengevat. De tabel geeft slechts een globale indicatie van de mogelijkheden. De tabel is niet bedoeld als aanbeveling voor een in te zetten producttype. In iedere concrete toepassing dient de keuze te worden gemaakt in nauw overleg met compressorfabrikant en smeermiddelleverancier.

Meer informatie