Zur Reduzierung des Treibhauseffektes und der Schäden an der Ozonschicht durch Kältemittel wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe FCKW oder Fluorkohlenwasserstoffe FKW wurde mit Kohlendioxid CO2 ein alternatives Kältemittel für Pkw-Klimaanlagen gefunden, das nicht ozonschichtschädigend wirkt und dessen Beitrag zum Treibhauseffekt 1300 mal geringer ist als der des FKWs R134a. Für die gesamte Lebensdauer einer Pkw-Klimaanlage werden etwa 1,5 kg CO2 in einem geschlossenen System gebraucht. Allerdings muß die Klimaanlage auf die thermodynamischen Eigenschaften des Kältemittels CO2 (höherer Druck) abgestimmt werden, was besonders für den Verdichter und die Kombination der eingesetzten Schmiermittel und Kältemittel gilt. In einem Reihenversuch wurde am Institut für Thermo- und Fluiddynamik des Lehrstuhls Verfahrenstechnische Transportprozesse der Ruhr-Universität Bochum die Wechselwirkung zwischen CO2 und 35 verschiedenen Schmierstoffen (Polyolester POE, Polyalkylenglykole PAG, Polyalphaolefine PAO, modifizierte PAGs mit variierenden endständigen RO-Gruppen, Neopentylpolyolester, Carbonatester und Alkoxylierungsprodukte) hinsichtlich ihrer Eignung für Pkw-Klimaanlagen untersucht. Für den Druckbereich von 1 bis 150 bar und den Temperaturbereich von 5 bis 100 Grad C werden das Phasenverhalten und die Viskosität der CO2-Schmierstoff-Mischungen vorgestellt: charakteristisch für PAGs und POEs ist die Bildung von drei unterschiedlichen Phasen bei 40 bar Druck (unten Schmierstoff mit eingelöstem CO2, darüber flüssiges CO2, oben gasförmiges CO2) und zwei Phasen bei weiterer Druckerhöhung (Flüssig-Flüssig-Gleichgewicht aus Schmierstoff unten und flüssigem CO2 oben). Im Unterschied zu PAGs ist die Löslichkeit von CO2 im POE höher und steigt zudem bei steigendem Druck bis zur vollständigen Vermischung von CO2 und POE bereits bei 55 bar Druck. PAOs erwiesen sich wegen der Bildung einer Phaseninversion (Schmierstoffphase schwimmt auf flüssigem CO2) und der damit verbundenen ungleichmäßigen Schmierstoffverteilung unter Betriebsbedingungen der Klimaanlage als ungeeignet. Die thermodynamischen und fluiddynamischen Reihenuntersuchungen weisen diejenigen Schmierstoffe als vorteilhaft aus, die bei niedrigen Temperaturen im Verdampfer geringe Viskosität des CO2-Schmierstoff-Gemisches aufweisen (schnellerer Rückfluß des Öls zum Verdichter, dadurch Vermeidung von Mangelschmierungen), im Verdichter dagegen eine verschleißschutzfördernde mittlere bis hohe Viskosität. Diesem Verhaltensprofil entsprechen POEs und neu synthetisierte PAGs mit gezielten Additiven zur Verbesserung der Temperaturbeständigkeit und Feuchteresistenz. Der Vorteil von CO2-Klimaanlagen liegt außer in der höheren Umweltverträglichkeit des Kältemittels CO2 auch im rascheren Erreichen der gewünschten Kälteleistung dank des höheren Betriebsdrucks bei einem geringen CO2-Volumenstrom (Kompaktbauweise) und im Potential zur Kraftstoffeinsparung (um 25 % im Vergleich mit herkömmlichen FKW-Klimaanlagen).


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    Title :

    Cool bleiben mit CO2. Automobile umweltgerecht klimatisiert


    Additional title:

    Stay cool with CO2. Non-polluting air conditioners in cars


    Contributors:

    Published in:

    Rubin ; 14 , Sonderheft Maschinenbau ; 83-89


    Publication date :

    2004


    Size :

    6 Seiten, 7 Bilder, 2 Tabellen, 2 Quellen



    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Print


    Language :

    German




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