Bei den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen wird in der Kältetechnik zwischen Tiefkühlung, Normalkühlung und Klimaanwendung unterschieden. Speziell die Tiefkühlung (< 20 °C) stellt besondere Herausforderungen an die Verdichter dar. Hier werden hohe Verdichtungsendtemperaturen bei erheblichen Druckdifferenzen erreicht. Dies macht in vielen Fällen eine mehrstufige Verdichtung entweder mit zweistufigen Verdichtern durch den Einsatz einer Kaskadenanlage oder mit einem sogenannten Boostersystem (Verdichter in Reihe geschaltet) mit eventueller Zwischenkühlung notwendig.
Für die Kältemittel R 22, R 404A und R 507 wurde von Bock eine luftgekühlte Verdichterbaureihe HA (Hermetic Air-cooled) speziell für die Tiefkühlung entwickelt. Aus der klassischen, sauggasgekühlten Verdichterbaureihe HG (Hermetic Gas-cooled) sind alle 2- und 4-Zylinder-Verdichter als luftgekühlte HA-Verdichter verfügbar. Das Kältemittel R 22 ist in Europa mittlerweile verboten, wird aber in verschiedenen anderen Ländern noch eingesetzt. Für das natürliche Kältemittel CO2 sind die transkritischen Verdichter mit Drücken auf der Hochdruckseite von bis zu 130 bar ebenso als luftgekühlte Verdichterbaureihe HA CO2 T erhältlich.
Luftgekühlte halbhermetische Verdichter für die Tiefkühlung
Der Tiefkühlbereich stellt an alle sauggasgekühlten halbhermetischen Verdichter schon immer höhere Anforderungen. Die aufgrund des geringen Massenstromes erhöhte Aufheizung des Sauggases durch den Antriebsmotor bringt den Verdichter schnell an seine Temperaturgrenzen. Bei sauggasgekühlten Motoren entstehen zusätzlich Verluste in der Kälteleistung, da der bereits überhitzte Massenstrom über den Elektromotor weiter aufgeheizt wird.
Die Konstruktion der luftgekühlten HA-Verdichter verhindert das. Durch die geringere Überhitzung kann die Dichte des Kältemittels erhöht werden. Somit steigt der effektiv angesaugte Massenstrom auf der Saugseite des Verdichters und erzielt eine verbesserte Verdichterkälteleistung. Diese Punkte führen zu einem höheren COP des Verdichters.
Die Antriebsmotoren der HA-Verdichter sind luftgekühlt, das Sauggas wird ohne Umwege über den Motor von den Zylindern angesaugt. Die Motorkühlung erfolgt über eine kompakt integrierte Belüftungseinheit, die durch gezielte Luftkühlung nicht nur den Motor, sondern auch den Verdichter und zusätzlich die Zylinderköpfe kühlt.
Dies ergibt eine Reduzierung der Druckgastemperatur und somit eine Erweiterung des Einsatzbereichs in der Tiefkühlung, verbunden mit einer Erhöhung des COP. Zudem ist der Verdichter vom Motor räumlich getrennt, was speziell im Fall eines Motorschadens vorteilhaft ist. Die im Fall eines Motorschadens auftretende Verschmutzung und Versäuerung des Kältekreislaufes ist weitaus unproblematischer und die Reinigung des Kältekreislaufes kann mit wesentlich geringerem Aufwand durchgeführt werden.
Luftgekühlte halbhermetische Verdichter für das Kältemittel R 744 (CO2)
Ein besonderer Synergieeffekt entsteht bei der Kombination mit dem Kältemittel R 744 (CO2). Die Einsatzgrenzen können bei niedrigen Verdampfungstemperaturen zu höheren Verdichtungsenddrücken gesteigert werden. Dies wird besonders durch die reduzierten Verdichtungsendtemperaturen möglich (siehe Bild 3).
Eine Erhöhung des COP im gesamten Einsatzgrenzendiagramm wird mit luftgekühlten transkritischen CO2-Verdichtern im Vergleich zu sauggasgekühlten CO2-Verdichtern erreicht (siehe Bild 4). Lediglich eine geringe Reduzierung der Wärmeleistung am Gaskühler bei der Wärmerückgewinnung muss in Kauf genommen werden. Bei luftgekühlten transkritischen CO2-Verdichtern kann ein Hochdruck von 110 bar auch bei hohen Verdampfungstemperaturen erreicht werden. Dies ermöglicht den Betrieb des Verdichters unter idealem Hochdruck, mit maximal möglichem COP bei hohen Verdampfungstemperaturen und hohen Gaskühleraustrittstemperaturen.
Fazit
Für die Kältemittel R 22, R 404A, R 507 und R 744 (CO2) stehen luftgekühlte Verdichterbaureihen zur Verfügung, welche die Vorteile eines hohen COP, niedrige Verdichtungsendtemperatur und Servicefreundlichkeit verbinden. Für die herkömmlichen chemischen Kältemittel ist besonders der Tiefkühlbereich ein interessantes Einsatzgebiet dieser luftgekühlten Verdichter. Für das Kältemittel CO2 können die transkritischen luftgekühlten Verdichter auch für die Normalkühlung und die Klimatisierung eingesetzt werden.
Für jeden Anwendungsbereich steht selbstverständlich auch das langjährig bewährte halbhermetische Verdichterprogramm mit sauggasgekühlten HG-Verdichtern für die komplette Leistungspalette in 2-, 4-, 6- und 8-Zylinder-Bauweise zur Verfügung. -
*Differenz zu sauggasgekühlten Verdichtern
Manuel Fröschle
Produktmanager für CO2- und Sonderanwendungen, Bock Kältemaschinen GmbH, Frickenhausen
