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Die Reise mit dem Molekül R134a
Herzlich willkommen zu meiner Reise durch ein Kühlsystem. Ich heisse eigentlich Tetraflurethan, die meisten nennen mich aber R134a. Ich wurde im Jahr 1928 bei Du Pont entdeckt. Leider war ich gegen die FCKW R12 nicht konkurrenzfähig. Erst im Jahr 1992 hat man sich an mich erinnert, da ich chlorfrei bin. Mein Molekulargewicht beträgt 102,04 g/mol. Als Flüssiggas bin ich mal flüssig, mal gasförmig. Meine Dichte im flüssigen Zustand beträgt 1210 kg/m3. Somit bin ich schwerer als Wasser. Gasförmig bin ich nur noch 4,4 kg/m3 schwer und damit etwa 4-mal schwerer als Luft. Wie Luft und Wasser bin ich farb- und geschmacklos. Ich koche bei -26°C, denn da liegt mein Siedepunkt. Bei -101°C werde ich hart und fest, denn da ist mein Schmelzpunkt. Ich bin für den Menschen ungiftig, brenne und explodiere nicht. Obwohl ich die Ozonschicht nicht angreife, habe ich eine Treibhauswirkung. Als Treibhausgas ist meine Wirkung 1300-fach grösser als die von Kohlendioxid. Ich sollte deshalb nicht einfach in die Atmosphäre gelassen werden. Ab 2011 verbietet mich eine EU-Richtlinie in Autoklimaanlagen. Doch was nach mir kommt, ist brennbar, explosiv und tödlich. Wollen Sie immer noch mit mir reisen? Dann steigen Sie ein, schnallen Sie sich an und halten Sie die Luft an.
Wir befinden uns beim Start unserer Rundreise im Ansaugstutzen des Kompressors. Es herrscht eine Temperatur von 10°C und ein Druck von 1,5 bar. Die Verbindung zu den anderen Molekülen ist somit locker, der Verkehr ist gasförmig. So gelangen wir in den Kompressor.
Wir erreichen den vollhermetischen, geschlossenen Kompressor. Beim Eintritt in den Kompressor werden wir in einem Ölregen geduscht. Das Öl hat eine Temperatur von 62°C, auf die wir uns sofort erwärmen. Der Druck ist konstant bei 1,5 bar. Der Ölregen wird von der Ölschleuder erzeugt. Damit soll der Kompressor sauber laufen. Wir bewegen uns an der Motorenwicklung vorbei (die wir noch ein bisschen abkühlen) in Richtung internen Ansaugstutzen des Kompressors. Es geht nur schubweise vorwärts, wie im von Ampeln geregelten Stossverkehr. Es sind aber keine Ampeln, sondern es ist das Saugventil des Kompressors, das sich kurz öffnet und einige R134a-Moleküle durchlässt. Achtung! Wir stehen vor dem Saugventil – bitte festhalten und das Rauchen einstellen. Das Saugventil öffnet sich, wir gleiten in den Hubraum. Der Kolben hat den unteren Wendepunkt erreicht. Das Saugventil schliesst, wir sind eingesperrt und es gibt kein Entkommen. Der Kolben schiebt sich langsam mit 8km/h (BD 35F) gegen uns. Der Druck steigt. Es wird uns warm ums Herz. Der Kolben kommt immer näher, es wird langsam eng. Der Druck steigt, die Temperatur knistert, wir haben bereits 9,8 bar. Endlich öffnet sich das Druckventil. Die Temperatur ist in den letzten 0,008 Sekunden auf 136°C gestiegen. So lange hat der Kolben gebraucht für einen Kolbenhub. Wir verlassen den Zylinder durch das Druckventil. Halt, was ist jetzt los? Wir gehen zurück! “Bummm” – das Druckventil schliesst, wir kommen zum Stehen. Ein paar von den R134a hat es wieder in den Zylinder
gezogen. Wir stehen. Der Druck ist bei 9,8 bar. Die Temperatur ist am Sinken. Die Ruhe vor dem Sturm, festhalten! Das Druckventil öffnet sich und die nächsten R134a kommen aus dem Zylinder. Es geht mit hoher Geschwindigkeit Richtung Kompressorausgang. Hier, im Druckrohr, herrschen Geschwindigkeiten bis 300 km/h. “Bummm” wir werden wieder langsamer und kommen zum Stehen, das Druckventil hat wieder geschlossen. Die Temperatur sinkt. Wir haben 115°C – festhalten, es geht weiter. Und bereits werden wir wieder langsamer. Der Verkehr kommt wieder ins Rollen, die Temperatur ist auf 82°C gesunken. Wir verlassen die Kompressorkapsel und befinden uns jetzt im Kompressorstutzen. Weiter geht es durch das Heissgasrohr in den Kondensator. Es ist sehr eng im Kondensator. Der Druck ist immer noch bei 9,8 bar – so werden alle Moleküle zusammengedrückt. Wir geben unsere Wärme ab, der Verkehr wird ruhiger, langsam und flüssig. Aussen am Kondensator herrscht eine Temperatur von +30°C. Bei 38°C ist der Verkehr ganz flüssig. Neben uns ist ein Tropfen Öl, er stammt aus dem Kompressor und begleitet uns durch das ganze Kühlsystem wieder zurück in den Kompressor. Solche Öltropfen hängen überall im Kühlsystem herum, vorwiegend an den Wänden und Bögen des Rohrsystems. Wir R134a verdampfen und hauen ab in die Atmosphäre. Bei einem Leck sieht man uns nicht. Wir gelangen in den Filtertrockner und haben uns auf 32°C abgekühlt. Der Druck ist immer noch 9,8 bar. Hier sieht es aus wie auf einer Müllhalde: alle Verunreinigungen, entstanden bei der Montage, werden hier abgelagert. Auch Wassermoleküle, die sich eingeschlichen haben – entweder bei der Montage oder die ins Rohr diffundiert (eingebrochen) sind -, werden hier von Silicagel-Kügelchen festgehalten. Denn ein einziger Wassertropfen kann das ganze Kühlsystem flachlegen, wenn er bei der Einspritzung im Kapillarrohr friert und das Kühlsystem blockiert. Am Ausgang des Filters gelangen wir ins Kapillarrohr. Meist aus Kupfer aufgewickelt, ist es um die 3 Meter lang und mit 0,6 mm bis 0,7 mm Innendurchmesser ziemlich dünn. Unser rasantester Abschnitt liegt vor uns. Der Druck geht von 9,8 bar bis auf 1,5 bar zurück. Ein Teil von uns (etwa 40%) vergasen auf der Strecke. Durch deren Volumenzunahme steigt auch die Geschwindigkeit auf bis über 600 km/h. Für die Vergasung braucht es Wärme. All diese Wärme wird nicht der Umwelt, sondern uns entzogen. Deshalb kühlen wir uns auf -19°C ab. Nun sind wir im Verdampfer angelangt. Durch die Entspannung verspüren wir den Drang, uns zu bewegen. Das ist die Eigenschaft aller Moleküle. So entziehen wir der Umwelt die Wärme. Der Verkehr läuft immer schneller und gasförmiger. Am Ende des
Verdampfers läuft es richtig gasig und es sind immer noch -19°C. Jetzt, da alles wieder im gasförmigen Zustand unterwegs ist, werden wir auch wärmer. Im Saugrohr erwärmen wir uns bis auf +10°C und sind am Ausgangspunkt unserer Rundreise angekommen. Ich danke Ihnen für die Teilnahme an meiner Reise, die 39 Sekunden gedauert hat.