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Cooling food with transcritical CO₂

Die Wissenschaft ist überzeugt, dass die vom Menschen verursachte globale Erwärmung zu einem Klimawandel führt.

Ultrahochdruck-Wärmetauscher von SWEP in Aktion

Wenn auch die Verbrennung fossiler Brennstoffe den größten Einfluss auf den Klimawandel hat, so ist auch die Verwendung von Kältemitteln in Fahrzeugen, Klimaanlagen und Supermarkt-Kühlsystem ein bedeutender Faktor. Undichtigkeiten in diesen Anwendungen setzen Substanzen in die Atmosphäre frei, die die globale Erderwärmung besonders stark beeinflussen. Ein Beispiel dafür ist das weitläufig verwendete Kältemittel R404A, dessen Wirkung auf den Treibhauseffekt 3900 Mal größer ist als bei Kohlenstoffdioxid. Der Ersatz synthetischer Kältemittel durch natürliche Kältemittel wie Kohlenstoffdioxid kann die Auswirkungen auf die Erderwärmung erheblich reduzieren.

Jedoch stellt CO2 als Kältemittel eine besondere Herausforderung dar, weil der Stoff einen hohen Betriebsdruck erfordert. Die robuste Ultrahochdruck-Serie von SWEP löst dieses Problem und bietet somit eine sichere und wirtschaftliche Methode zur Reduzierung des Treibhauseffektes durch Kühlsysteme. Kunden-Webseite: www.scmfrigo.com

Das Problem

Die Verwendung von Sole in Lebensmittelkühltheken im mittleren Temperaturbereich kombiniert mit einem einstufigen Kohlenstoffdioxid-Kühlzyklus erfordert zusätzlichen Konstruktionsaufwand, da Kohlenstoffdioxid bei Umgebungstemperatur einen hohen Druck (ca. 100 bar) aufweist. Darüber hinaus haben solche Systeme einen hohen Energieaufwand, sodass sich eine doppelte Herausforderung ergibt: zum einen die Entwicklung von Komponenten, die für den Einsatz im hohen Druckbereich zugelassen sind, und zum anderen größere Effizienz für Systeme, die diese Komponenten verwenden.

Die Lösung

Der Schlüssel zur Lösung sind die neuen Ultrahochdruck-BPHEs von SWEP. Sie wurden mit Stahlrahmen verstärkt, sodass der Betriebsdruck erhöht werden kann, um dem besonders hohen Arbeitsdruck von CO2 stand zu halten. Eine Wärmerückgewinnung reduziert die Betriebskosten zusätzlich, da Warmwasser für die Raumheizung der Verkaufsflächen bereitgestellt werden kann.

Zudem erhöht ein Sauggaswärmetauscher (SGHX) die Kapazität der Einheit, während die Kompressoren vor Flüssigkeitströpfchen geschützt werden.

All dies ergibt zusammen eine durchdachte und effiziente Einheit für die Lebensmittelkühlung. Als Kältemittel wird Kohlenstoffdioxid verwendet, das grundsätzlich weniger schädlich für die Umwelt ist als ältere HFKW-Mischungen, wie zum Beispiel R404A. Darüber hinaus wird die Füllmenge des Kältemittels durch die Verwendung von Sole reduziert.

Systembeschreibung

Zweck der Einheit ist die Versorgung von Kühlvitrinen für Lebensmittel wie Milchprodukte mit −8 °C kaltem Glykol.  Die Sole wird gekühlt, indem Kohlenstoffmonoxid (CO) in einem Tauscher von SWEP, der für den Betrieb bei 45 bar zugelassen ist, verdampft wird [1]. Das Glykol wird dann in die Vitrinen gepumpt, wo es die Produkte kühlt. Danach wird es bei −4 °C in den Verdampfer zurückgeleitet, um erneut gekühlt zu werden. Verdampftes CO wird im SGHX überhitzt [2], während flüssiges CO, das in den Verdampfer eintritt, unterkühlt wird. Beim SGHX handelt es sich um das Modell B12H-U von SWEP, das mit einem Stahlrahmen verstärkt wurde und für einen Betrieb bei 65 bar zugelassen ist. Die drei parallelen Kompressoren [3] verstärken den Druck des überhitzten Kohlenstoffmonoxids auf rund 90 bar, bevor es in den Wärmerückgewinnungstauscher eintritt.

In der Wärmerückgewinnungsphase [4], die in einem B16DW-U von SWEP stattfindet, der für den Betrieb bei 140 bar zugelassen ist, wird das gasförmige CO gekühlt und Wasser auf rund 60 °C erwärmt. Dieses Warmwasser kann dann für die Raumheizung im Geschäft oder den angrenzenden Räumlichkeiten genutzt werden. Das CO wird in einem luftgekühlten Gaskühler im Freien weiter gekühlt, bis es ca. 20 °C erreicht [5]. Im Sammler wird der Druck dann auf etwa 50 bar reduziert [6]. Flüssiges CO wird dem SGHX wieder zugeführt, was den Zyklus vervollständigt.