Güntner hat im Jahr 2008 die microox-Technologie vorgestellt. Seitdem ist viel Spannendes und Interessantes passiert. Die Technologie wird stetig weiterentwickelt und es kommen neue Güntner-Baureihen, die das microox-inside-Zeichen tragen. Die nächste Herausforderung war und ist der Einsatz dieser Technologie für weitere Kältemittel wie NH und CO2. Im letzten Jahr hat Güntner die ersten Informationen über diese neue Technologie für R 744 vorgestellt. Dazu gehörten die weiteren Pläne: Weitere Tests im Labor und anschließend die Erprobung in Feldanlagen. Nachfolgend wird eine dieser Feldanlagen vorgestellt.
Lamellierte Wärmeübertrager
Obwohl lamellierte Wärmeübertrager herstellungstechnische Vorteile bieten, sind die Nachteile relativ schlechte Wärmedurchgangskoeffizienten, ein hohes Gewicht, hohe Materialkosten sowie die Kombination aus verschiedenen Metallen, was zu einer geringen Korrosionsresistenz führt. In jüngster Zeit werden zum Teil auch Aluminiumrohre in Kombination mit Aluminiumlamellen verwendet, wodurch die Korrosionsprobleme und auch das Gewichtsproblem entschärft werden. Allerdings erhöht diese Kombination nicht die Wärmedurchgangskoeffizienten. Hinzu kommt, dass die dafür benötigte Löttechnologie noch nicht für die stationäre Kältetechnik hinsichtlich Prozesssicherheit und Korrosionsverhalten der Lötungen untersucht ist.
Microchannel-Wärmeübertrager
Microchannel-Wärmeübertrager werden in einem völlig anderen Verfahren hergestellt und entsprechen fast dem Idealbild eines lamellierten Wärmeübertragers: Viele kleine Rohre mit kleinen Abständen. Statt kleiner Rohre werden jedoch beim Microchannel-Wärmeübertrager Aluminiumstrangpressprofile verwendet, die sehr viele kleine Kanäle mit einem Durchmesser von etwa 1 mm aufweisen (siehe Bild 1).
Diese Profile kann man nicht aufweiten, und sie werden auch nicht in gestanzte Lamellenpakete eingeschoben. Stattdessen werden zwischen zwei eng aneinanderliegenden Profilen (< 1 cm) Aluminiumblechstreifen gelegt, sodass durch abwechselndes Aneinanderlegen von Blechstreifen und Profil ein Wärmeübertragerpaket entsteht. Dieses Paket wird dann in einem Lötofen komplett verlötet (siehe Bild 2).
Durch die geringen Abstände und die kleinen Kanaldurchmesser entsteht ein Wärmeübertrager mit einem sehr hohen Lamellenwirkungsgrad und einem sehr geringen Kältemittel-Füllvolumen.
Erste Betriebserfahrungen in ausgeführten Kälteanlagen
Die Kältetechnik ist eine traditionsreiche Branche; der Umgang mit neuen Technologien ist teilweise konservativ. Deswegen hat sich Güntner entschieden, sehr vorsichtig mit dem Thema CO2 als Kaltemittel und microox umzugehen. Der Grund dafür ist die Zurückhaltung, die immer noch bei der Anwendung von R 744 herrscht, und die Neuartigkeit der microox-Technologie.
Aus dem oben genannten Grund hat sich Güntner ganz gezielt auf die Erprobung in Feldanlagen konzentriert und vorbereitet. Dies kostet meist sehr viel Geld, bindet viele Kräfte und setzt voraus, dass man Anlagenbetreiber findet, die das Risiko des Einsatzes einer Neuentwicklung mittragen wollen. Deshalb werden die Feldanlagen-Tests meist begrenzt durchgeführt und laufen in der Regel nicht so lange.
Technische Eckdaten der Anlage
Die Anforderungen an Supermarkt-Kälteanlage wachsen ständig, und eine der wichtigsten ist die platzsparende Ausführung der Anlage. Dies führt zum Einsatz von sogenannten Cooling-Racks, also Kälteanlagen, die keinen Maschinenraum benötigen und draußen aufgestellt werden können.
Diese Anlagen sind sehr kompakt gebaut und daraus resultieren auch die hohen Anforderungen an die maximalen Dimensionen der Wärmeübertrager. Das war eines der Hauptargumente, die den Anlagenbetreiber überzeugt haben, die CO2-microox-Technologie auszuprobieren. Die Feldanlage befindet sich beim österreichischen Discounter Hofer in Wien.
Die Auslegungsdaten für den Gaskühler waren:
- Gaskühler Leistung: 117 kW
- Lufteintrittstemperatur: 30 °C
- Schallanforderung: 40 dB(A) in 5 m
- Kältemittel Gaskühler-Austrittstemperatur: 36 °C
- Kältemittel Gaskühler-Eintrittstemperatur: 110 °C
- Bei einem Druck von 90 bar (maximaler Betriebsdruck 120 bar)
- Maximale Länge von 3,1 m und Breite von 1,2 m
Um dies zu erreichen, wurde die Anlage noch mit der Option der adiabatischen Luftabkühlung ausgestattet. Diese neue Technologie wurde auch passend für microox entwickelt.
Ergebnisse der Tests
Die Feldanlage läuft zuverlässig seit Mai 2010 mit sehr guten Ergebnissen und hat wertvolle Daten und Erfahrungen geliefert. Um entsprechend detaillierte Ergebnisse zu erhalten, wurde die Anlage mit Messsensoren an allen relevanten Stellen ausgestattet. Es handelt sich dabei um Temperatur- und Druck-Messsensoren. Die Temperatursensoren messen die Temperatur direkt im Kältemittelmassenstrom nicht wie gewöhnlich an der Außenseite des Rohres.
Für eine CO2-Kälteanlage sind zwei Betriebsarten möglich der unterkritische und der transkritische Betrieb. Eine Supermarkt-Kälteanlage hat ein ganz definiertes Lastprofil; man kann sehen, dass der transkritische Betrieb der anspruchsvollere für den Gaskühler ist, weil die Kälteanlage ihre gesamte Leistung erbringen muss. Trotzdem muss der Gaskühler auch unterkritisch funktionieren und wie ein Verflüssiger arbeiten können.
In Bild 4 sind alle Messdaten der Anlage für einen Tag dargestellt. Es handelt sich dabei um einen transkritischen Betrieb. In Bild 5 sind die gleichen Daten dargestellt, aber beim unterkritischen Betrieb.
Damit genau zu sehen ist, wie der microox-Gaskühler funktioniert, wurden die relevanten Daten separiert. In Bild 6 sind nur die Kältemittel-Austrittstemperatur aus dem Verdichter I, die Kältemittel-Austrittstemperatur aus dem Gaskühler und die Umgebungslufttemperatur dargestellt.
Wie man in Bild 6 sehen kann, funktioniert der microox-Gaskühler sehr gut und erreicht sehr kleine Endtemperatur-Differenzen, die sehr wichtig für den gesamten COP-Wert der Anlage sind. In der Tabelle sind noch genauere Daten für den Jahresverlauf dargestellt.
Fazit
Die microox-Technologie hat die Grenzen der bestehenden Microchannel-Technologie überwunden und den Weg in die stationäre Kältetechnik gefunden. Die nächste Herausforderung war der extreme Einsatz mit dem Kältemittel CO2. Eine Weiterentwicklung zur Marktreife ist nun von einem realen und nachhaltigen Marktbedarf abhängig. Die Vorteile hinsichtlich Gewicht, Füllvolumen, Kosten, Kompaktheit und weiterer Faktoren sind eindeutig und passen exakt für die Anwendung mit dem Kältemittel R 744. Die wenigen Nachteile sollte man nicht in den Vordergrund stellen, sondern einfache, passende und intelligente Lösungen dafür entwickeln so war es der Fall bei der Entwicklung von CO2-microox. Es hat sich gezeigt, dass die kalkulierten Leistungen, die Labordaten und auch die Feldtestdaten übereinstimmen. Der microox-Gaskühler bringt die gewünschten Leistungen und arbeitet mit der erwarteten Zuverlässigkeit. -
Dr. Josef Riha
Leitung Projekt & Produktmanagement, Güntner AG & Co. KG, Fürstenfeldbruck
