Arten von indirekten Systemen

Wie wir in unserem vorangegangenen Artikel “Direkte und indirekte Kühlsysteme” dargelegt haben, gibt es eine große Vielfalt an Kühlsystemen, was bei der Suche nach einem geeigneten System von Vorteil ist. Sie haben die Möglichkeit, sich ausreichend zu informieren, um besser beurteilen zu können, welches System am besten zu Ihnen und Ihren Bedürfnissen passt. In diesem Fall werden wir ein wenig mehr über die Arten von indirekten Kühlsystemen erfahren.

Definition von indirekten Kühlsystemen

Das Kältemittelgas wird in der Kälteerzeugungszone eingeschlossen, wo die Kälteleistung über einen Wärmetauscher auf ein Zwischenmedium übertragen wird. Das Zwischenfluid wird von einem Pumpensystem angetrieben und zu den Endverbrauchern wie Luftkühlern, Wärmetauschern, Tankschlangen usw. befördert.

Welche Arten der indirekten Kühlung gibt es?

Sie können unterteilt werden in:

• Geschlossene indirekte Systeme.
• Indirekte Systeme mit Sekundärflüssigkeiten im Phasenwechsel.
• Andere Arten von indirekten Systemen

Geschlossene indirekte Systeme

Die Zwischenflüssigkeit kommt nicht in direkten Kontakt mit dem zu kühlenden Produkt. Es gibt mehrere Arten von geschlossenen indirekten Systemen:

Indirekt geschlossen “Eingebaut vor Ort”.

Dabei handelt es sich um sekundäre Flüssigkeitskühlsysteme, die aufgrund ihrer Größe nicht werksgeprüft geliefert werden können, obwohl sie in Blöcken vorgefertigt werden können, wie auf dem Foto, einem der 6 Module für den Flughafen Heathrow, zu sehen ist. Jedes dieser Module verwendet R-717 als Kältemittel und MEG als Sekundärflüssigkeit für eine Leistung von 6.700 kW, mit einem Inhalt von 135 kg R-717, was einer kritischen Last von 0,2 kg/kW entspricht.

Indirekt vorgefertigt

Dabei handelt es sich um ein sekundäres Flüssigkeitskühlsystem, das im Werk für den Betrieb und die Leistung gebaut und getestet und vollständig montiert an die Anlage zum Anschluss an den sekundären Flüssigkeitskreislauf geliefert wurde. Abbildung 3 zeigt den Prototyp einer INTARCON-Kältemaschine mit R-717 als Kältemittel, mit Schraubenverdichter, luftgekühlt, geeignet für den Betrieb bei Außentemperaturen bis zu 48 °C. Kälteleistung 362 kW zur Kühlung von MPG bei 35 % zwischen -5 °C und -10 °C, kritische Last 0,08 kg/kW.

Indirekte Systeme mit sekundären Fluiden, die einen Phasenwechsel durchlaufen

1. ice slurry – Zweiphasengemisch aus Flüssigkeiten und Feststoffen

Eine Anlage zur indirekten Flüssigkeitskühlung kühlt MPG oder MEG auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts einer zweiten Flüssigkeit, Wasser, MPG oder MEG, die sich in einem zweiten Tank befindet, der mit einem Wärmetauscher und einem Mischsystem ausgestattet ist. Hier wird diese zweite Flüssigkeit in einer Mischung aus flüssiger und fester Phase in Form von “Ice Slurry” gehalten. Eine Pumpe speist einen Puffertank, in dem ein weiterer Mischer die Flüssigkeit in dieser halbgefrorenen Form hält und das Pumpen ermöglicht.

Dieses Gemisch wird gepumpt, meist über große Entfernungen. Die Wärme, in Form von fühlbarer und latenter Wärme, wird über lokale Wärmetauscher, z. B. Luftkühler, an die zu kühlenden Räume (oder Produkte) übertragen. Ein typisches Beispiel ist die Klimatisierung in Diamantenminen in Südafrika.

2. Sekundärseite mit Kältemittelgas im Phasenwechsel ohne Druckabfall.

Falls Sie sich fragen, wie dieses indirekte Kühlsystem funktioniert: Eine Kältemaschine kühlt durch Kondensation (des sekundären Kältemittels, z. B. CO2). Dieses Gas wird in flüssiger Phase mit hermetischen oder halbhermetischen Pumpen zu den Endgeräten gepumpt, wo die Sekundärflüssigkeit ohne Druckänderung latente Wärme austauscht und einen Teil der Flüssigkeit verdampft.

Die Vorteile dieses Systems sind:

• Die Möglichkeit der Verwendung bei niedrigen Temperaturen, Dienstleistungen bis zu -45 °C
• Geringere Pumpkosten und reduzierter Rohrdurchmesser und Isolierung durch:
  • 1 kg CO2 kann 258 kJ/kg austauschen. 1 kg MPG kann bei einem DT von 5 K etwa 18 kJ/kg zwischen -10 °C und -5 °C austauschen. Selbst wenn man davon ausgeht, dass die 2-fache Masse des zu verdampfenden CO2 gepumpt wird, ist die Transportkapazität von CO2 siebenmal höher als die von MPG.
  • Viskosität: Die Viskosität von flüssigem CO2 bei -10 °C beträgt 0,118 mPa-s. Die Viskosität von MPG bei -10 °C und einer Konzentration von 35 % beträgt 17,5 mPa-s. Da die Viskosität einen umgekehrt proportionalen Einfluss auf die Druckverluste im Kreislauf hat und die zu pumpende Flüssigkeitsmenge viel geringer ist, stellt diese Lösung eine optimale Option unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung beim Pumpen sowie der Verringerung des Rohrdurchmessers und der Isolierungskosten dar.
  • Ein weiterer vorteilhafter Punkt ist, dass, da es sich bei dem Kältemittel um eine Flüssigkeit mit konstantem Phasenwechsel und konstanter Austauschtemperatur handelt, der Δtml-Wert höher ist und folglich, in Übereinstimmung mit anderen Parametern, die Austauschflächen kleiner sind.

3. Systeme mit unterkritischen CO2-Peripheriegeräten mit niedriger Temperatur

Dabei handelt es sich um ein System, bei dem eine Kühleinheit eine Sekundärflüssigkeit, in der Regel MPG oder MEG, kühlt und ein Pumpsystem diese Flüssigkeit in der gesamten Anlage verteilt.
Die sekundäre Kühlflüssigkeit oder das Kältemittel speist direkt die Luftkühler der Kammern und/oder andere Kühlsysteme für den Betrieb bei 0 °C.

Gleichzeitig wird das Sekundärfluid als Kältemittel zur Kondensation von CO2 in kompakten unterkritischen Peripheriegeräten verwendet, die Gefriertunnel und/oder Niedertemperaturkühlräume kühlen können.

Andere Arten von indirekten Systemen

Zum Abschluss dieses Artikels möchten wir nur noch erwähnen, dass es noch andere Arten von indirekten Systemen gibt, wie z. B. indirekte Kondensationssysteme und offene Systeme. Sie können die vollständigen Informationen herunterladen, indem Sie auf das unten stehende Bild klicken. Beide werden in dieser herunterladbaren PDF-Datei analysiert.