Kapillarspender werden vor allem in privaten und kleinen gewerblichen Anwendungen eingesetzt, bei denen die Wärmebelastung des Verdampfers einigermaßen konstant ist.Diese Systeme haben auch geringere Kältemitteldurchflussraten und verwenden typischerweise hermetische Kompressoren.Aufgrund ihrer Einfachheit und geringen Kosten verwenden Hersteller Kapillaren.Darüber hinaus benötigen die meisten Systeme, die Kapillaren als Messgerät verwenden, keinen High-Side-Empfänger, was die Kosten weiter senkt.
Kapillarrohre sind nichts anderes als lange Rohre mit kleinem Durchmesser und fester Länge, die zwischen Kondensator und Verdampfer installiert werden.Die Kapillare misst tatsächlich das Kältemittel vom Kondensator bis zum Verdampfer.Aufgrund der großen Länge und des kleinen Durchmessers kommt es beim Durchströmen des Kältemittels zu Flüssigkeitsreibung und Druckabfall.Wenn die unterkühlte Flüssigkeit vom Boden des Kondensators durch die Kapillaren fließt, kann es tatsächlich sein, dass ein Teil der Flüssigkeit siedet, während dieser Druckabfall auftritt.Diese Druckabfälle bringen die Flüssigkeit an mehreren Stellen entlang der Kapillare unter ihren Sättigungsdruck bei ihrer Temperatur.Dieses Blinken wird durch die Ausdehnung der Flüssigkeit bei Druckabfall verursacht.
Die Größe des Flüssigkeitsblitzes (falls vorhanden) hängt vom Grad der Unterkühlung der Flüssigkeit aus dem Kondensator und der Kapillare selbst ab.Wenn eine Flüssigkeitsentladung auftritt, ist es wünschenswert, dass die Entladung so nah wie möglich am Verdampfer erfolgt, um die beste Leistung des Systems sicherzustellen.Je kälter die Flüssigkeit am Boden des Kondensators ist, desto weniger Flüssigkeit sickert durch die Kapillare.Die Kapillare ist üblicherweise gewickelt, durch die Saugleitung geführt oder mit dieser verschweißt, um eine zusätzliche Unterkühlung zu gewährleisten und ein Sieden der Flüssigkeit in der Kapillare zu verhindern.Da die Kapillare den Flüssigkeitsfluss zum Verdampfer begrenzt und misst, trägt sie dazu bei, den Druckabfall aufrechtzuerhalten, der für die ordnungsgemäße Funktion des Systems erforderlich ist.
Kapillarrohr und Kompressor sind die beiden Komponenten, die die Hochdruckseite von der Niederdruckseite eines Kühlsystems trennen.
Ein Kapillarrohr unterscheidet sich von einem Expansionsventil-Dosiergerät dadurch, dass es keine beweglichen Teile hat und die Überhitzung des Verdampfers unter keinen Wärmelastbedingungen regelt.Selbst wenn keine beweglichen Teile vorhanden sind, ändern die Kapillarrohre die Durchflussrate, wenn sich der Druck des Verdampfer- und/oder Kondensatorsystems ändert.Tatsächlich wird nur dann eine optimale Effizienz erreicht, wenn die Drücke auf der Hoch- und Niederdruckseite kombiniert werden.Dies liegt daran, dass die Kapillare den Druckunterschied zwischen der Hoch- und Niederdruckseite des Kühlsystems ausnutzt.Wenn der Druckunterschied zwischen der Hoch- und Niederseite des Systems zunimmt, nimmt der Kältemittelfluss zu.Kapillarrohre funktionieren über einen weiten Druckabfallbereich zufriedenstellend, sind jedoch im Allgemeinen nicht sehr effizient.
Da Kapillare, Verdampfer, Kompressor und Kondensator in Reihe geschaltet sind, muss die Durchflussrate in der Kapillare gleich der Abpumpgeschwindigkeit des Kompressors sein.Aus diesem Grund sind die berechnete Länge und der berechnete Durchmesser der Kapillare bei den berechneten Verdampfungs- und Kondensationsdrücken von entscheidender Bedeutung und müssen der Pumpenkapazität unter denselben Auslegungsbedingungen entsprechen.Zu viele Windungen in der Kapillare beeinträchtigen ihren Strömungswiderstand und beeinträchtigen dann das Gleichgewicht des Systems.
Wenn die Kapillare zu lang ist und zu viel Widerstand leistet, kommt es zu einer lokalen Flussbeschränkung.Wenn der Durchmesser zu klein ist oder beim Aufwickeln zu viele Windungen vorhanden sind, ist die Kapazität der Röhre geringer als die des Kompressors.Dies führt zu Ölmangel im Verdampfer, was zu niedrigem Ansaugdruck und starker Überhitzung führt.Gleichzeitig fließt die unterkühlte Flüssigkeit zurück zum Kondensator, wodurch ein höherer Druck entsteht, da im System kein Auffangbehälter zur Aufnahme des Kältemittels vorhanden ist.Bei höherer Förderhöhe und niedrigerem Druck im Verdampfer erhöht sich der Kältemitteldurchfluss aufgrund des höheren Druckabfalls im Kapillarrohr.Gleichzeitig nimmt die Kompressorleistung aufgrund des höheren Verdichtungsverhältnisses und des geringeren volumetrischen Wirkungsgrads ab.Dadurch wird das System gezwungen, sich auszugleichen, aber bei höherer Förderhöhe und niedrigerem Verdampfungsdruck kann es zu unnötiger Ineffizienz kommen.
Wenn der Kapillarwiderstand aufgrund eines zu kurzen oder zu großen Durchmessers geringer ist als erforderlich, ist der Kältemitteldurchfluss größer als die Kapazität der Kompressorpumpe.Dies führt zu hohem Verdampferdruck, geringer Überhitzung und möglicherweise zu einer Überflutung des Kompressors aufgrund einer Überversorgung des Verdampfers.Die Unterkühlung im Kondensator kann abfallen, was zu einem niedrigen Kopfdruck und sogar zum Verlust der Flüssigkeitsdichtung am Boden des Kondensators führt.Diese niedrige Förderhöhe und der höhere als normale Verdampferdruck verringern das Kompressionsverhältnis des Kompressors, was zu einem hohen volumetrischen Wirkungsgrad führt.Dadurch wird die Kapazität des Kompressors erhöht, was ausgeglichen werden kann, wenn der Kompressor den hohen Kältemittelfluss im Verdampfer bewältigen kann.Es kommt häufig vor, dass das Kältemittel über den Kompressor läuft und dieser ausfällt.
Aus den oben genannten Gründen ist es wichtig, dass Kapillarsysteme über eine genaue (kritische) Kältemittelfüllung verfügen.Zu viel oder zu wenig Kältemittel kann aufgrund von Flüssigkeitsströmen oder Überschwemmungen zu einem ernsthaften Ungleichgewicht und schweren Schäden am Kompressor führen.Informationen zur richtigen Kapillargröße erhalten Sie beim Hersteller oder in der Größentabelle des Herstellers.Auf dem Typenschild oder Typenschild des Systems ist genau angegeben, wie viel Kältemittel das System benötigt, normalerweise in Zehntel- oder sogar Hundertstelunzen.
Bei hohen Verdampferwärmelasten arbeiten Kapillarsysteme typischerweise mit hoher Überhitzung;Tatsächlich ist eine Verdampferüberhitzung von 40° oder 50°F bei hohen Verdampferwärmelasten keine Seltenheit.Dies liegt daran, dass das Kältemittel im Verdampfer schnell verdampft und den Dampfsättigungspunkt im Verdampfer auf 100 % erhöht, wodurch das System einen hohen Überhitzungswert erhält.Kapillarrohre verfügen einfach nicht über einen Rückkopplungsmechanismus, wie z. B. ein Fernlicht eines thermostatischen Expansionsventils (TRV), um dem Messgerät mitzuteilen, dass es mit hoher Überhitzung arbeitet, und diese automatisch zu korrigieren.Daher arbeitet das System bei hoher Verdampferlast und hoher Verdampferüberhitzung sehr ineffizient.
Dies kann einer der Hauptnachteile des Kapillarsystems sein.Viele Techniker möchten aufgrund der hohen Überhitzungswerte mehr Kältemittel in das System einfüllen, was jedoch nur zu einer Überlastung des Systems führt.Überprüfen Sie vor dem Einfüllen von Kältemittel, ob die Überhitzungswerte bei geringer Verdampferwärmebelastung normal sind.Wenn die Temperatur im Kühlraum auf die gewünschte Temperatur gesenkt wird und der Verdampfer einer geringen Wärmebelastung ausgesetzt ist, beträgt die normale Überhitzung des Verdampfers typischerweise 5 bis 10 °F.Im Zweifelsfall das Kältemittel auffangen, das System entleeren und die auf dem Typenschild angegebene kritische Kältemittelmenge nachfüllen.
Sobald die hohe Wärmelast des Verdampfers reduziert wird und das System auf eine niedrige Wärmelast des Verdampfers umschaltet, sinkt der 100 %-Sättigungspunkt des Verdampferdampfs über die letzten paar Durchgänge des Verdampfers.Dies liegt daran, dass die Verdampfungsrate des Kältemittels im Verdampfer aufgrund der geringen Wärmebelastung abnimmt.Das System weist nun eine normale Verdampferüberhitzung von etwa 5 bis 10 °F auf.Diese normalen Überhitzungswerte des Verdampfers treten nur auf, wenn die Wärmelast des Verdampfers niedrig ist.
Wenn das Kapillarsystem überfüllt ist, sammelt sich überschüssige Flüssigkeit im Kondensator an, was aufgrund des Fehlens eines Auffangbehälters im System zu einer hohen Förderhöhe führt.Der Druckabfall zwischen der Nieder- und der Hochdruckseite des Systems nimmt zu, wodurch die Durchflussrate zum Verdampfer zunimmt und der Verdampfer überlastet wird, was zu einer geringen Überhitzung führt.Es kann sogar zu Überschwemmungen oder Verstopfungen des Kompressors kommen, weshalb Kapillarsysteme streng bzw. genau mit der vorgegebenen Kältemittelmenge befüllt werden müssen.
John Tomczyk is Professor Emeritus of HVACR at Ferris State University in Grand Rapids, Michigan and co-author of Refrigeration and Air Conditioning Technologies published by Cengage Learning. Contact him at tomczykjohn@gmail.com.
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