Kältemittel-Kapillarrohr

Ein Kapillarrohr ist das feste Expansionsorgan zahlloser Haushaltskühlschränke, Gefriergeräte, kleiner Klimageräte und Wärmepumpen. Sind Verdichter und Wärmeübertrager gewählt, muss die Auslegung noch Innendurchmesser und Schnittlänge festlegen, die den richtigen Kältemittel-Massenstrom zwischen Hochdruckkondensator und Niederdruckverdampfer dosieren. Dieser Kapillarrohrrechner schätzt jene Länge aus drei Eingaben: Innendurchmesser in Millimetern, ASHRAE-Kältemitteltyp und Auslegungsmassenstrom in Kilogramm pro Stunde. Die Engine wendet ein zweiphasiges Darcy-Äquivalent der Drosselung bei einem Auslegungspunkt von 45 °C auf der Hochdruckseite und −10 °C auf der Niederdruckseite an, mit tabellierten Sättigungsdrücken sowie Flüssigkeits- und Dampfdichten für jedes erkannte Fluid.

Aufgabe des Kapillarrohrs und Schätzung der Länge

Das kältetechnische Kapillarrohr ist ein langes Drosselrohr aus Kupfer oder Aluminium mit kleinem Innendurchmesser, das in kostenempfindlichen Festblendenanlagen ein thermostatisches Expansionsventil ersetzt. Flüssigkeit aus dem Verflüssiger tritt in die Bohrung ein, entspannt sich blitzartig, sobald der statische Druck fällt, und verlässt das Rohr als Zweiphasengemisch, das der Verdampfer sieden kann. Das Rohr muss den Hochdruck beim vorgesehenen Massenstrom auf den Verdampfungsdruck senken: ist es zu kurz, überflutet der Verdampfer mit nasser Saugleitung; ist es zu lang, verhungert der Verdampfer und die Leistung bricht ein.

Verteilte Zweiphasenmodelle integrieren Reibung, Impuls und Flash-Qualität längs der Bohrung, und ASHRAE-Auswahltafeln falten jene Integrationen in Kurvenscharen je Fluid. Dieser Rechner nutzt ein geschlossenes Darcy-Äquivalent und macht deutlich, dass es eine Erstschätzung ist, kein Kalorimeter. Die Länge L ist das Produkt aus Hoch-zu-Nieder-Druckdifferenz ΔP, einer äquivalenten Zweiphasendichte ρ_eq, π zum Quadrat und dem Innendurchmesser hoch fünf, geteilt durch das Achtfache eines äquivalenten Darcy-Reibungsbeiwerts und das Quadrat des Massenstroms.

Die Äquivalentdichte ist die homogene Dichte bei einer mittleren Qualität von 0.6, gebildet aus Flüssigkeits- und Dampfdichte des Kältemittels. Hoch- und Niederdruck stammen aus der Sättigung bei 45 °C und −10 °C, ausgenommen Kohlenstoffdioxid R744, das einen Gaskühlerdruck von 90 bar verwendet, weil 45 °C über dem kritischen Punkt liegt. Die Exponenten Durchmesser hoch fünf und Massenstrom zum Quadrat sind dieselben wie in der einphasigen Darcy–Weisbach-Rohrströmung, sodass ein Fehler von 10 % im Durchmesser die vorhergesagte Länge um rund 60 % verschiebt.

Das Ergebnis ist eine Länge in Metern, die Sie zuschneiden und erproben können, kein Ersatz für eine Laborbewertung oder eine Hersteller-Kapillartafel, sobald Ölkreislauf, Wärmeaustausch mit der Saugleitung und gemessene Unterkühlung bekannt sind.

Wo Längenschätzungen genutzt werden und was sie auslassen

Geräteentwickler nutzen eine Kapillarrohr-Längenschätzung, wenn hermetischer Verdichter, Verflüssiger und Verdampfer bereits gewählt sind und eine erste Schnittlänge nötig ist, bevor eine Kalorimeterschleife bereitsteht. Ein Haushaltskühlschrank mit R600a oder R134a, 0.7 mm Bohrung und einem Massenstrom nahe 1 kg/h landet typischerweise im Band von 2 bis 4 m, das dieses Modell liefert; eine Split-Klimaanlage mit R410A oder R32, größerer Bohrung und höherem Massenstrom liefert eine andere Länge, weil jene Fluide eine viel größere Hoch-zu-Nieder-Druckdifferenz tragen.

Lehrlabore verlangen zu erklären, warum der Durchmesser hoch fünf das Ergebnis beherrscht und warum ein nicht erkanntes Kältemittel scheitern muss, statt stillschweigend R22-Eigenschaften anzunehmen. Außendiensttechniker, die eine beschädigte Kapillare ersetzen, können eine Startlänge aus dem Typenschild-Kältemittel und einem Massenstrom aus Nennleistung geteilt durch eine näherungsweise Enthalpiehub ableiten und anschließend am Überhitzungsgrad kürzen. Das Modell enthält kein Öl, keinen nichtadiabatischen Wärmeaustausch mit der Saugleitung, keine Eintrittsunterkühlung als freie Eingabe und keine gedrosselten Flash-Details aus den dimensionslosen Tafeln von Bittle–Wolf–Pate; das gehört in eine vollständige Kapillarsimulation, sobald jene Daten vorliegen.