Das bestehende System aus einer CO2-Kälteanlage (R 744) und einer Propen-Kälteanlage (R 1270) wird die Kammer auf - 35 °C kühlen, und ab dieser Temperatur wird die Ethan-Anlage die Kammer auf - 60 °C weiter herunter kühlen.
In der Kammer testet der Kunde Offshore-, Luft- und Raumfahrtbauteile und Militärtechnik. Die Prüflinge werden im wählbaren Temperaturbereich zwischen - 60 °C bis + 60 °C konditioniert und einer maximalen Luftfeuchtigkeit von 143 g/kg ausgesetzt. Zusätzlich werden die Prüflinge zu Korrosions-Testzwecken mit einem feinem Salznebel besprüht. Die Kammermaße betragen 8 x 18 x 8 m (B x T x H).
Um einen solchen Prüfstand zu betreiben, müssen folgende Komponenten ausgelegt werden:
Das Ethan wird im Verdampfer vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand übergeführt. Der Dampf wird mit einem Verdichter abgesaugt und in einen Enthitzer und Verflüssiger gefördert. Dort wird die Wärme im Kältemittel durch Kondensation abgeführt, wodurch es sich wieder verflüssigt. Diese Wärmeabfuhr erfolgt durch einen Sole-Kreislauf. Im Expansionsventil gelangt das flüssige Ethan zurück in den Verdampfer. Expansionsventile können geregelt oder ungeregelt ausgeführt sein. In Kälteanlagen werden generell geregelte Expansionsventile eingesetzt. Hierbei wird der Querschnitt und damit der Druckabfall nach einer geeigneten Führungsgröße geregelt. Im Verdampfer verdampft das Ethan unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur, wodurch das Öl auf bis zu - 70 °C gekühlt wird.
Die für dieses System ausgelegte Kälteanlage besteht aus drei isolierten Verbundeinheiten mit einer Kühlleistung von jeweils rund 18 kW. Gegenüber Großverdichtern und Einzelanlagen bieten solche Verbundeinheiten große Vorteile. Sie sind durch Zu- und Abschalten kleiner Leistungsstufen sehr gut regelbar, und das bei gleichbleibend günstigem Energiebedarf. Durch den Einsatz mehrerer Verbundeinheiten ist der Betrieb auch im Störfall besser gesichert, da die Einheiten quasi eine systemimmanente Redundanz darstellen.
Da das Öl hohen Temperaturschwankungen (- 70 bis + 60 °C) und somit einer hohen Ausdehnung ausgesetzt ist, muss eine Art Weiche zwischen Ethan-Anlage und Wärmetauscher (Lamellenverdampfer) installiert werden. Die Weiche besteht aus einem 1800 Liter Tank, der bei 20 °C zu zwei Drittel mit dem Öl gefüllt wird. Mithilfe der Dichte und der Temperatur werden der minimale und der maximale Füllstand des Öls berechnet. Mithilfe des idealen Gasgesetzes wird sodann der minimale und maximale Druck im Stickstoffpolster berechnet und so darauf geachtet, dass der maximale Druck weit unter 6 bar beträgt. Abgesichert ist der Tank mit einem Sicherheitsventil, das bei 6 bar löst.
Dieses Öl gelangt über einen Kreislauf in den Wärmetauscher der Kammer. Zwei starke Ventilatoren saugen die Kammerluft durch ein eng beripptes Rohrpaket, wodurch die Luft auf - 60 °C abkühlt und das Öl auf - 65 °C erwärmt wird. Dieses wird dann über den Kreislauf wieder in die Kälteanlage gefördert.
Für die Auslegung einer solchen Anlage müssen weitere Berechnungen durchgeführt werden, zum Beispiel die Taupunkt-Berechnung. Der Taupunkt bezeichnet die Temperatur, auf welche die Luft abgekühlt werden muss, damit der absolute Feuchtgehalt zum maximalen Feuchtgehalt wird. Bei Unterschreitung des Taupunktes beginnt der in der Luft enthaltene Wasserdampf zu kondensieren. Der Taupunkt kann mithilfe von Dampftafeln berechnet oder mithilfe eines Mollier-Diagramms abgelesen werden. Der in der feuchten Luft enthaltene Wasserdampf wird an Flächen kondensiert, d.h. niedergeschlagen, deren Oberflächentemperatur niedriger liegt als der Taupunkt. Der Wasserdampf bildet auf Oberflächen von Verdampfern für Kühlung unterhalb des Gefrierpunktes Reif, sodass die Verdampfer von Zeit zu Zeit abgetaut werden müssen.
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