Mit der Entwicklung eines 80 kW Vakuumeis-Flüssigeiserzeugers wird das Einsatzspektrum dieser Technologie zukünftig wesentlich erweitert. Die im Vergleich zu den großen Geschwistern geringere Leistung und kleineren Abmessungen ebnen den Weg zu zahlreichen Anwendungen im Bereich der Kältespeicherung sowie der Wärmegewinnung.
Dipl.-Ing.
Marcus
Honke
Einsatzbereiche
Kältespeicherung und Kälteverteilung; Wärmenutzung aus Gewässern und Eisspeicher in Kombination mit Wärmepumpen, Erzeugung von Eis für die stoffliche Nutzung, z.B. in der Lebensmittelverarbeitung
Zielstellung
ILK Dresden hat Vakuumeis-Erzeuger auf Basis eines speziellen Wasserdampf-Turboverdichters mit einem Systemdurchmesser von 2 m entwickelt (1. Platz Deutscher Kältepreis 2016). Damit können Anlagen im Leistungsbereich 200…500 kW umgesetzt werden.
In einem Vakuumeiserzeuger wird das Tripelpunktverfahren umgesetzt: Wasser verdampft in einem »Rührkessel« bei 0 °C und einem Druck von 6 mbar. Der dabei entstehende Wasserdampf wird von einem Turboverdichter abgesaugt, auf einen höheren Druck verdichtet und kondensiert. Dabei wird die Kondensationswärme an das Kühlwasser abgegeben. Für die Bildung des Wasserdampfes im Verdampfer ist Wärme erforderlich, die dem flüssigen Wasser entzogen wird. Dadurch entstehen an der Wasseroberfläche Eiskristalle und letztlich ein pumpfähiges Wasser-Eis-Gemisch (Flüssigeis). Das Flüssigeis wird kontinuierlich aus dem Verdampfer abgepumpt und bspw. in einen Speicherbehälter gefördert. Bei Anwendungen der Gewässerthermie wird das Flüssigeis zurück ins Gewässer geleitet. Kernkomponente des entwickelten Vakuumeiserzeugers kleiner Leistung ist ein neuer Turboverdichter. In vorgelagerten Projekten wurden bereits einzelne Teile des Verdichters wie Laufrad und Antrieb entwickelt. Im Rahmen dieses Projektes erfolgten umfangreiche Arbeiten zur Dimensionierung, Gestaltung und strömungstechnischen Optimierung des Verdichtergehäuses. Weitere Schwerpunkte waren die schwingungstechnische Optimierung der Gesamtanlage, die Ausführung der Welle-Nabe-Verbindung sowie die Auslegung und Gestaltung der weiteren Teilkomponenten des Eiserzeugers, wie Behälter, Rührwerk im Verdampfer und Direktkondensator.
Erkenntnisse
Nach ersten, nicht erfolgreichen Probeläufen waren entgegen der ursprünglichen Planung umfangreiche und langwierige Arbeiten zur Identifikation, der Umsetzung sowie dem Funktionsnachweis einer geeigneten Welle-Nabe-Verbindung erforderlich. Im Ergebnis der Arbeiten entstand ein optimiertes und gewichtsreduziertes Laufrad. Es besitzt einen Austrittsdurchmesser von 40 cm und rotiert mit 21.000 U/min. Parallel erfolgte der Aufbau der Gesamtanlage (Demonstrator), die aus einem zweiteiligen Edelstahlbehälter mit oben angeordnetem Verdichter besteht. Inzwischen konnte der Verdichter bereits bei Nenndrehzahl mit guten Ergebnissen betrieben werden. Im nächsten Schritt erfolgt die Inbetriebnahme der gesamten Testinfrastruktur.
