Neue Technologien bei Verdichter-Kältemaschinen

Verdichter-Kältemaschinen werden dort eingesetzt,
wo niedrige und das ganze Jahr über konstante Temperaturen
zur Kühlung von Wasser oder wässrigen
Lösungen erforderlich sind. Die Wärme aus dem
Produktionsprozess wird durch eine Verdichterkältemaschine
entzogen. Mit einer Kältemaschine ist
es möglich, unabhängig von der Außentemperatur
Wassertemperaturen von beispielsweise 10 °C oder
auch darunter zu erzeugen.
1 Funktionsprinzip
einer Verdichterkältemaschine
In einem geschlossenen Kältekreis (Abb. ( 1 1)
wird
in dem Verdampfer (1) Kältemittel bei niedrigem
Druck verdampft. Dadurch wird dem zirkulierenden
Wasser die Wärme entzogen und somit das Wasser
abgekühlt. Der Verdichter (2) saugt den Kältemitteldampf
an und verdichtet das Kältemittel auf einen
hohen Druck und eine hohe Temperatur. In dem
Kondensator (3) wird die Wärme an die Umgebung
abgegeben. Dadurch wird das Kältemittel verfl üssigt.
Über ein Expansionsventil (4) wird das fl üssige
Kältemittel wieder entspannt und in den Verdampfer
eingespritzt, wo es erneut verdampft und
wieder Wärme aufnehmen kann.
Galvanotechnik
Neue Technologien bei Verdichter-Kältemaschinen
Abb. 1: Funktionsprinzip Kältekreis
Eugen G. Leuze Verlag 103 Jahre
2 Kältemaschine LR-Ecopro
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Aus diesem Grund hat sich die Firma L&R Kälte-
technik zum Grundsatz gemacht, die Kältemaschinen
nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu konzipieren
und zu fertigen. Der Auslegung der Kältekomponenten
sowie der Auswahl des Kältemittels
für jeden speziellen Einsatzfall werden hierbei große
Beachtung geschenkt. Ein Produkt auf der Basis
dieser Philosophie ist die neu entwickelte LR-
Ecopro Kältemaschine (Abb. ( 2 2).
Die LR-Ecopro Kältemaschine ist eine kompakte,
Energie sparende und umweltfreundliche Kältemaschine
zur Wasserrückkühlung mit modernster
und hocheffi zienter Technik als Systemlösung. Bei
dieser Anlagentechnik handelt es sich um eine wassergekühlte
Kältemaschine für die Innenaufstellung,
mit einem zusätzlichen Wärmetauscher zur Winterentlastung
(freie Kühlung). Die Abfuhr der Wärme
aus dem Kältekreis bzw. die Winterentlastung wird
über einen außen aufgestellten Glykolfreikühler
(Abb. ( 3 3)
realisiert. Dabei gibt es mehrere Neuerungen,
die dieses System maßgeblich auszeichnen:
– LR-Turbo Pro, der ölfreie Turboverdichter, mit
geringem Anlaufstrom (5 A) und geringerer
elektrischer Leistungsaufnahme (Verringerung
bis zu 35 % gegenüber herkömmlichen Verdichterbauarten);
– LR-Winter Pro, die serienmäßige Integration
eines zusätzlichen Wärmetauschers zur Winter-
Der Verdichtungsprozess im Kältekreislauf hat den
Nachteil, dass die Leistungsaufnahme der Verdichter
relativ hoch ist. Dies führt zu erheblichen Kosten
für den Verdichterantrieb. So kann man abhängig
von der Wassertemperatur davon ausgehen, dass
etwa ein Drittel der notwendigen Kälteleistung als
elektrische Antriebsenergie für den Verdichter benötigt
wird. Das bedeutet, bei einer Kälteleistung
von 300 kW benötigt der Kompressor rund 84 kW
elektrische Antriebsenergie. Abb. 2: LR-Ecopro-Kältemaschine
Galvanotechnik 11/2005

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Abb. 3: L&R Glykol-Freikühler mit Schaltschrank und
Doppelpumpenanlage
entlastung (freie Kühlung), die noch einmal zu
einer Reduzierung der Verdichterantriebsleistung
führt;
– LR-Glyco Pro, eine neuartige, ungiftige und
umweltfreundliche Wärmeübertragungsfl üssigkeit
auf Betainbasis;
– LR-Frigocontrol, die L&R-Steuerung auf Basis
einer Siemens SPS-C7 mit Touchpanel zur Rege-
lung und Überwachung eines Energie sparenden
und wirtschaftlichen Betriebs;
– Kältemittel R 134a, das bewährte, chlorfreie
Kältemittel.
3 Funktionsbeschreibung
Aus Abbildung 4 ist die Funktion der LR-Ecopro
Kältemaschine mit ölfreiem Turbocorverdichter
Galvanotechnik 11/2005
Galvanotechnik
und der integrierten Winterentlastung zu entnehmen,
wie sie beispielsweise für den Einsatz zur Temperierung
von galvanischen Elektrolyten verwendet
werden kann.
103 Jahre
3.1 Kaltwasserkreislauf
Die Betriebspumpe fördert das Wasser aus der
kalten Seite des Wassertanks zu den Wärmetauschern
an den Elektrolytbehältern. Hier nimmt das
Wasser die Wärme der Lösung auf und strömt in
den Wassertank auf die warme Seite zurück. Die
Verdampferpumpe fördert das warme Wasser zur
Kältemaschine, in der das Wasser abgekühlt wird.
Je nach Außentemperatur wird das Wasser über
die Verdichter-Kältemaschine oder bei niedrigen
Außentemperaturen über die Winterentlastung
(freie Kühlung) abgekühlt. Das abgekühlte Wasser
strömt in den Tank auf die kalte Seite zurück.
3.2 Kältemaschinenkreis
Im Prinzip funktioniert der Kältekreis wie oben
beschrieben, mit der Besonderheit dass als Verdichter
ein komplett ölfreier Verdichter eingesetzt wird,
der erhebliche technische Vorteile in Hinsicht auf
elektrische Leistungsaufnahme und Anlaufströme
sowie Verschleiß und Ölfreiheit hat. In der Kältemaschine
ist ein zusätzlicher Wärmetauscher integriert,
der dem Verdampfer vorgeschaltet ist. Bei
niedrigen Außentemperaturen wird der Glykolkreis
mit dem Freikühler im Temperaturniveau soweit
heruntergefahren, dass das Wasser direkt durch das
Abb. 4: Fließschema der LR-Ecopro Kältemaschine zur Kühlung von galvanischen Elektrolyten
Eugen G. Leuze Verlag

kalte Glykol gekühlt wird und der Verdichter nicht
betrieben werden muss. Diese Technik der Winterentlastung
bewirkt, dass sich die Jahreslaufzeit des
Kälteverdichters verringert. Eine Einsparung an
Antriebsenergie ist die Folge. Ab einem Abschaltpunkt
wird die komplette Kühlung durch den Freikühler
erbracht. In dieser Zeit wird der Verdichter
dann überhaupt nicht betrieben.
3.3 Einsparungspotential
Zur Darstellung des Einsparungspotentials werden
die in Tabelle 1 zusammengestellten Parameter zugrunde
gelegt.
Das Einsparungspotential der LR-Ecopro Kältemaschine
setzt sich aus zwei Bereichen zusammen:
– Winterentlastung ( freie Kühlung);
– geringere Antriebsenergie durch den Einsatz
des Turbocorverdichters (in diesem Fall 29 kW
geringere elektrische Leistungsaufnahme).
Die Einsparung durch die Winterentlastung (freie
Kühlung) lässt sich durch Statistiken des Wetteramts
errechnen. In dieser Statistik sind nach DIN
Tab. 1: Parameter zur Ermittlung
des Einsparungspotentials
Kälteleistung 300 kW
Wasservorlauftemperatur 15 °C
Leistungsaufnahme Turbocorverdichter 55,2 kW
Leistungsaufnahme eines vergleich- 84,2 kW
baren Schraubenverdichters
Umschaltpunkt freie Kühlung 10 °C
(entspricht 100 % Übernahme
der freien Kühlung)
Stromkosten 0,08 €/kWh
Betriebsstunden 6.500 h
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4710 die Stundenverteilungen der entsprechenden
Außentemperaturen über das Jahr aufgelistet.
Im Berechnungsbeispiel wurde die Winterentlastung
(freie Kühlung) so ausgelegt, dass bei Außentemperaturen
unterhalb von 10 °C die komplette
Kälteleistung von 300 kW durch die Winterentlastung
erbracht wird. In dieser Zeit muss daher die
Verdichter-Kältemaschine nicht betrieben werden.
Durch die Winterentlastung errechnet sich somit
eine Einsparung von 21 740,00 Euro pro Jahr.
Die Laufzeit des Kältemaschinenverdichters wird
durch die Winterentlastung auf 1580 Stunden pro
Jahr reduziert. Durch die geringere elektrische
Leistungsaufnahme des Turbocorverdichters ergibt
sich noch einmal eine Einsparung in diesen 1580
Stunden von 3670,00 Euro.
Dies summiert sich zu einem Gesamteinsparungspotential
von 25.410,00 Euro pro Jahr.
4 Fazit
Bei der Nutzung von Verdichter-Kältemaschinen
bietet die neu entwickelte Kältemaschine LR-
Ecopro erhebliche ökologische und ökonomische
Vorteile gegenüber herkömmlichen Kühltechniken.
Die Konstellation der benötigten Kältetechnik ist in
jedem Fall individuell durch den Anlagenbauer zu
prüfen und zu bewerten. -hk/dir-