Weitere Anwendungsbereiche, in denen der Einsatz von Kältesystemen erforderlich ist, sind die Luft- und Raumfahrt, die Supraleitung oder die Kryotechnik. Im Folgenden erklärt Inditer in diesem Beitrag schematisch, wie der industrielle Kältekreislauf funktioniert.
Industrielle Kältetechnik | Inditer
Die industrielle Kältetechnik ist eine der wichtigsten Grundlagen unserer Gesellschaft. Durch die Kälteerzeugung, d. h. durch den Prozess des Absenkens oder Aufrechterhaltens der Temperatur eines Produkts oder Raums, werden der Transport und die Konservierung verderblicher Produkte sowie eine Vielzahl industrieller Prozesse ermöglicht, die für unseren Alltag von grundlegender Bedeutung sind.
Bei Inditer arbeiten wir täglich an Hauptkomponenten innerhalb des Kältekreislaufs, dank ihrer Fertigung in einem breiten Produktsortiment, um stets den Anforderungen des Kunden gerecht zu werden. Zu diesen Produkten gehören Verdampfer, Kondensator und Gaskühler, wobei wir uns an der Spitze der Technologie positionieren, um die Leistung und damit die Effizienz der industriellen Kälteanlagen zu verbessern.
Wo finden wir diese industriellen Kältesysteme?
Die industrielle Kältetechnik ist in verschiedenen Anwendungsbereichen präsent:
- Lebensmittelindustrie: Aufgaben der Lebensmittelkonservierung, Reifung von Produkten (Früchte), Verarbeitung vorgekochter Lebensmittel, Fleischindustrie, Molkereien … Es ist hervorzuheben, dass derzeit schätzungsweise 70 % der Lebensmittel gekühlt oder eingefroren werden, was uns die Bedeutung der industriellen Kälte in unserem täglichen Leben verdeutlicht.
- Transport und Vertrieb von Lebensmitteln: Es ist von grundlegender Bedeutung, die Kühlkette nicht zu unterbrechen, um die Eigenschaften der gekühlten Produkte zu bewahren.
- Medizin und Gesundheit: Sie ist in vielen medizinischen Prozessen von entscheidender Bedeutung. Als Beispiel sei die Aufbewahrung von Impfstoffen zwischen 2 °C und 8 °C genannt, die für deren ordnungsgemäße Verwendung erforderlich ist.
- Chemische Industrie: In diesem Sektor sind häufig Druckgase bei speziellen Temperaturen bei der Herstellung von organischen und anorganischen Stoffen, Pigmenten, Kunststoffen, Fasern und chemischen Produkten erforderlich. In der Erdölindustrie wird Kälte auch in Dampfdruckkontrollsystemen oder zur Änderung von Löslichkeitsverhältnissen eingesetzt.
- Energieerzeugung: Gelegentlich erfolgt die Erzeugung elektrischer Energie durch Verbrennungsmotoren, für die spezifische Kühlsysteme erforderlich sind.
- Weitere Anwendungsbereiche, in denen der Einsatz von Kältesystemen erforderlich ist, sind die Luft- und Raumfahrt, die Supraleitung oder die Kryotechnik.
Im Folgenden erklärt Inditer in diesem Beitrag schematisch, wie der industrielle Kältekreislauf funktioniert.
Was ist der industrielle Kältekreislauf?
Der Kältekreislauf besteht dank einer Reihe von Komponenten darin, dem Medium, das gekühlt werden soll, Wärme zu entziehen und diese Wärme anschließend durch die Zirkulation eines Kältemittels, das durch Arbeitsaufwand erzeugt wird, an die Umgebung abzugeben. Dieses Kältemittel weist je nach ausgewähltem Medium unterschiedliche Eigenschaften auf, die ihm je nach den jeweiligen Druck- und Temperaturbedingungen mehr oder weniger vorteilhafte Merkmale für die Energieübertragung verleihen. Es ist wichtig, sich seiner Grenzen sowie seines Einflusses auf die Umwelt bewusst zu sein und stets das Königliche Dekret 552/2019, „Sicherheitsverordnung für Kälteanlagen und ihre ergänzenden technischen Anweisungen“, einzuhalten.
Die im folgenden Abschnitt erläuterten Komponenten des grundlegenden Kältekreislaufs beziehen sich auf Kompressionssysteme (>derzeit 99 % aufgrund von Leistung und Anwendungsbereich); das verbleibende 1 % würde aus Absorptionssystemen bestehen, im Allgemeinen Wasser-Lithiumbromid oder Luft.
Komponenten des industriellen Kältekreislaufs
Die grundlegenden Elemente des Kältekreislaufs sind folgende:
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Der Kompressor
Seine Funktion besteht darin, die vom Verdampfer kommenden Gase zu komprimieren und dadurch ihren Druck und damit ihre Temperatur zu erhöhen. Am Ausgang des Kompressors befinden wir uns bei einem hohen Druck und mit einer Temperatur über der Wärmequelle, sodass wir in der Lage sind, in den Kondensator einzutreten. Die vom Kompressor geleistete Arbeit wirkt sich negativ auf den Energieverbrauch aus, wobei seine Dimensionierung und Steuerung ein grundlegender Parameter für die Gesamtleistung der Anlage ist.
Es gibt verschiedene Arten von Kompressoren, wobei in der Kältetechnik die Verdrängerkompressoren am häufigsten vorkommen, insbesondere Hubkolbenkompressoren für niedrige bis mittlere Leistungen und Schraubenkompressoren für mittlere bis hohe Leistungen.
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Der Kondensator
Er ist das Element, das für die Ableitung der im Verdampfer absorbierten Wärmeleistung und der Kompressionsleistung des Kompressors zuständig ist. Es gibt verschiedene Arten von Kondensatoren, darunter:
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- Kühltürme (offene und geschlossene Systeme)
- Verdunstungskondensator
- Trockener Luftkondensator
- Gaskühler, im Fall von CO2 als Kältemittel im transkritischen Betrieb
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Das Expansionsventil
Seine Funktion besteht darin, einen Druckabfall zwischen Kondensator und Verdampfer zu erzeugen. Zum Expansionsventil darf nur Flüssigkeit gelangen, weshalb es üblich ist, am Ausgang des Kondensators einen Flüssigkeitsbehälter zu finden, um sicherzustellen, dass am Eingang dieses Ventils kein Gas vorhanden ist.
Derzeit sind die in der gewerblichen und industriellen Kältetechnik am häufigsten verwendeten Expansionsventile thermostatische und elektronische Ventile; mit ihnen können wir den Kältemitteldurchfluss steuern, der zum Verdampfer gelangt, und damit die Bedingungen unseres Systems kontrollieren. Diese Steuerung erfolgt im Fall der Trockenexpansion durch Temperatur- und Drucksonden, die die Überhitzung am Ausgang des Verdampfers regulieren und so das gefährliche Eindringen von Flüssigkeit in die Ansaugung des Kompressors verhindern.
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Der Verdampfer
Er ist das Element, das für die Aufnahme der thermischen Energie aus dem zu kühlenden Medium zuständig ist und dabei den Phasenwechsel (von flüssig zu gasförmig), die latente Wärme, nutzt. Üblicherweise handelt es sich um Rohr-Lamellen-Wärmetauscher mit Zwangsbelüftung. Es gibt zahlreiche Bauformen je nach Anwendung, wobei die häufigsten sind:
- Kubischer Verdampfer
- Doppelstrom- oder Deckenverdampfer
- Flachprofilverdampfer
- Wandverdampfer
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Hilfskomponenten
Es sei betont, dass wir über diese grundlegenden Elemente hinaus, die in jedem Kompressionskältesystem immer vorhanden sind, zahlreiche Hilfskomponenten finden können, darunter:
Absperr-, Schließ- und Rückschlagventile, Filtertrockner, Schauglas, Flüssigkeitsbehälter, Ölabscheider, Siphons, Flüssigkeitsbehälter, Ejektoren usw.
Funktionsweise des industriellen Kältekreislaufs
In stark vereinfachter Form funktioniert der industrielle Kältekreislauf wie folgt:
Das Kältemittel wird vom Kompressor bis zum Kondensationsdruck angesaugt, wobei in diesem Prozess sein Druck und damit seine Temperatur über die Umgebungsbedingungen steigt. Damit dieser Prozess durchführbar ist, ist ein Stromverbrauch erforderlich, der diese mechanische Kompression ermöglicht.
Sobald sich das Kältemittel im Hochdruck befindet, gelangt es in den Kondensator. Es ist ein Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und der Verdampfungstemperatur erforderlich. Abhängig von diesem Unterschied sowie von den Materialien des Wärmetauschers erhalten wir ein Gerät der einen oder anderen Größe. Im Kondensator geht das Fluid vom gasförmigen in den flüssigen Zustand über und gibt diese Wärme nach außen ab.
Diese Hochdruckflüssigkeit, die aus dem Kondensator austritt, gelangt in das Expansionsventil, das neben der Durchflussregelung im System für die Reduzierung des Kältemitteldrucks durch Drosselung bis zum Verdampfungsdruck, auch Niederdruck genannt, zuständig ist.
Im Verdampfer wird die Wärme aus dem zu kühlenden Medium unter Nutzung der beim Phasenwechsel vorhandenen latenten Wärme, in diesem Fall von flüssig zu gasförmig, aufgenommen. Ebenso wie beim Kondensator ist ein Temperatursprung zwischen Kältequelle und Verdampfungstemperatur erforderlich, damit Wärmeübertragung stattfindet.
Sobald das Kältemittel im gasförmigen Zustand aus dem Verdampfer austritt, gelangen wir wieder in den Kompressor und der Kreislauf beginnt von neuem.
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