Materialverträglichkeit

Kältemittel können physikalisch und chemisch auch als Lösungsmittel betrachtet werden. Sie können ebenfalls mit einigen Stoffen reagieren und sich verändern. Daher muss die Verträglichkeit und die Einsetzbarkeit mit den verwendeten Konstruktionselementen untersucht werden. In Kältemittelkreisläufen sind die Kältemittel vielen Materialien bei wechselnden Temperaturen und Drücken ausgesetzt. In Kreisläufen finden sich Öl, Dichtelemente, Stahl, Gusseisen, Kupfer, Aluminium, Zink, Bronzen, Messing, Isolierkunststoffe, Gleitbeschichtungen, Korrosionsschutzbeschichtungen und einiges mehr. Viele Komponentenhersteller prüfen ihre Dichtstoffe und Isolierstoffe vor der Freigabe sorgfältig und zeitaufwändig auf Kompatibilität mit den Kältemitteln und Ölen.

Dichtungen

Dichtungen werden eingesetzt, um das Kältemittel nicht aus dem Kältemittelkreislauf entweichen zu lassen oder zwischen Bereichen unterschiedlichen Druckes zu dichten. Sie müssen mit dem gewählten Kältemittel und dem passenden Öl dauerhaft kompatibel sein.

Die Kompatibilität wird u.a. in Autoklaven bei verschiedenen Temperaturen und Drücken mit den Dichtungsmaterialien in Öl-Kältemittel-Gemischen untersucht. Flachdichtungen mit Faserverstärkung und Metallträgerdichtungen sind verträglich mit den meisten Chemikalien, die als Kältemittel in Frage kommen. Elastomerdichtungen, häufig als O-Ringe oder Wellendichtungen eingesetzt, müssen auf Verträglichkeit geprüft werden. Zu einem Kältemittel muss also der richtige Werkstoff eingesetzt werden.

Elastomere können durch den Einsatz mit Kältemittel und Öl ihre Eigenschaften verändern. Typische Änderungen sind Quellen oder Schrumpfen, Erweichen oder Verhärten. Dieses Verhalten darf nur sehr begrenzt auftreten, damit das Material als kompatibel gilt.

Ein stark schrumpfender O-Ring würde zu Leckage führen, ein stark quellender zu Deformation und begrenzter Lebensdauer. Da O-Ringe aus Elastomeren bewusst als flexibles Konstruktionselement gewählt werden, darf auch die Härte nur wenig beeinflusst werden.

Des Weiteren darf sich das Kältemittel nur begrenzt im Elastomer einlagern, da es sonst bei schnellen Druckänderungen, insbesondere Druckabsenkungen, aufplatzen kann.

Lager

Wälzlager bestehen meist aus hochwertigen Stählen, die mit den meisten Kältemitteln und Ölen ohne Probleme kompatibel sind. Lediglich Käfige für die Kugeln oder Abdeckscheiben können aus Kunststoffen sein und müssen ggf. geprüft werden.

Gleitlager bestehen zum einen typisch aus Gleitpaarungen unterschiedlicher Metalle und haben häufig Lagerschalen aus Verbundstoffen oder Legierungen, teilweise mit Kunststoffbeschichtungen zur Verbesserung der Notlaufeigenschaften. Diese Lager müssen auf Verwendbarkeit mit den vorgesehenen Kältemitteln und Ölen geprüft werden.

Schmierstoffe

In den meisten Kälteanlagen arbeiten die Kältemittel mit Ölen zusammen, mit denen sie zumindest im größten Teil des Arbeitsbereiches mischbar sind. Dadurch löst sich das wesentlich dünnflüssigere Kältemittel etwas im Öl und senkt die Viskosität, verringert also die Schmierfähigkeit. Es muss ein Öl gewählt werden, das zur Konstruktion der Anlage und des Verdichters sowie den vorgesehenen Betriebsbedingungen passt und die Lager des Verdichters zuverlässig schmiert.

Bei der Freigabe eines Kältemittels für einen Verdichter wird das untersucht. Dazu werden möglichst Löslichkeits-Viskositäts-Diagramme erstellt, die sich Daniel-Plots nennen. Das Öl bestimmt die Einsatzgrenzen eines Verdichters mit einem bestimmten Kältemittel mit.

Die meist geringen Mengenanteile des mit dem Kältemittel mitgeförderten Öles müssen wieder zum Verdichter zurück, um dort für Schmierung zu sorgen. Ein gewisser Anteil Öl ist also im Umlauf. Im Ölvorrat des Verdichters oder Ölabscheiders muss noch genug für die Schmierung vorhanden sein. Unlösliche oder nahezu unlösliche Öle müssen in Ölabscheidern sehr sorgfältig aus dem Gasvolumenstrom abgeschieden werden.

Lösliche Öle werden durch Einlösen des Kältemittels bei tiefen Temperaturen einfacher wieder aus dem Verdampfer zurück zum Verdichter gefördert. Im Verdichter darf der Kältemittelanteil im Öl jedoch das Öl nicht zu sehr verdünnen.

Metalle

Da in Kältemittelkreisläufen viele verschiedene Metalle vorkommen, wird das Öl-Kältemittel-Gemisch auch in einem Zeitraffertest auf Reaktion mit Metallen geprüft. Dabei sollen beide Substanzen ihre Eigenschaften möglichst behalten. Die Prüfung geschieht im "sealed tube test" in versiegelten Glasröhrchen bei erhöhter Temperatur, z.B. bei 175°C für 2 Wochen. Eine Verfärbung des Öls oder der Metallproben deutet auf eine Reaktion hin und ist daher ein schlechtes Zeichen. Die Viskosität, der Säureanteil und der Wasseranteil werden geprüft und mögliche Spaltprodukte des Kältemittels gesucht.