Kältetechnik

Kreiselpumpen in der Kältetechnik

Die Kältetechnik beschäftigt sich mit Methoden und Verfahren zur Erzeugung von Kälte. Die dazu notwendigen Kälteprozesse beruhen auf unterschiedlichen physikalischen Effekten, die alle im Wesentlichen den zyklischen Phasenwechsel eines Kältemittels in der Kältemaschine in den Mittelpunkt stellen.

Einsatz von EDUR-Kreiselpumpen in der Kältetechnik

Die Industriekälte umfasst ein breites Spektrum von unterschiedlichen Anwendungen in der Kältetechnik. In der Regel werden dafür Anlagen mit größerer Leistung ab ca. 200 m³/h Verdichteransaugvolumen benötigt. Typische Anwendungsgebiete von Pumpen in der Kältetechnik findet man in der Lebensmittelverarbeitung, Schlachtbetrieben Molkereitechnik, Getränkeindustrie, Brauereien, Pharmaindustrie, Tiefkühllagern sowie in der chemischen Industrie.

Grundsätzlich werden die Kreiselpumpen in Kälteanlagen nach Art des Fördermediums eingeteilt. Je nach Ausführung und Größe der Anlage gibt es Kälteträgerpumpen und Kältemittelpumpen.

Durch ihr kompaktes Pumpendesign, achsschubfreie offene oder geschlossene und entlastete Laufräder sowie Leiteinrichtungen im Ringgehäuse, die einen Großteil der Radialkräfte aufnehmen, zeichnen sich die EDUR-Pumpen für Kälteträger aus. Die Gesamtkonstruktion hat einen positiven Einfluss auf die Lebensdauer der Gleitringdichtung sowie der Wälzlager im Antriebsmotor. Um zu verhindern, dass gefrierendes Kondenswasser die Gleitringdichtung beschädigt, werden EDUR-Pumpen bei sehr tiefen Temperaturen des Fördermediums mit Vereisungsschutz ausgeführt.

Kältemittelpumpen sind sehr häufig Magnetkupplungs­pumpen, die das Kältemittel hermetisch zur Atmosphäre abdichten. Der Vorteil gegenüber Spaltrohrmotorpumpen liegt in der räumlichen Trennung des Antriebsmotors zur Pumpe, der ein Wärmeeintrag ins Fördermedium, also ins Kältemittel, verhindert. Die Trennung wirkt sich folglich positiv auf die Energiebilanz der gesamten Kälteanlage aus.

Ferner zeichnen sich EDUR-Kältemittelpumpen durch sehr niedrige NPSH-Werte aus, die sich insbesondere bei den sich am Siedepunkt befindlichen Kältemitteln positiv auswirkt. Darüber hinaus sind EDUR-Kreiselpumpen im Vergleich zu Spiralgehäusepumpen durch die Leiteinrichtung grundsätzlich in der Lage gewisse Gasanteile im Fördermedium zu transportieren. Dies hat insbesondere beim Kältemittel den Vorteil, dass das geringfügige Verdampfen vom Kältemittel sicher beherrscht wird.

Kältetechnische Anlagen in der chemischen Industrie

Die in der chemischen Industrie verwendeten kältetechnische Anlagen werden hauptsächlich zum Abkühlen von Produkten, Kühlen von Räumen und zum Kondensieren von Gasen verwendet. Beim Abkühlen von Produkten werden entweder feste Produkte durch Umwälzung von Raumluft abgekühlt oder Flüssigkeiten in Wärmeüberträgern gekühlt. Beim Kühlen von Räumen geht es lediglich um die Absenkung der Raumtemperatur unter die Umgebungstemperatur. Das Kondensieren von Gasen erfolgt in speziellen Wärmeüberträgern. Die Kondensationswärme wird bei niedriger Temperatur durch verdampfendes Kältemittel aufgenommen.

Kälteanlagen bestehen aus:

• Verdichter
• Verflüssiger
• Expansionsventilen
• Verdampfer

und häufig aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Nebenaggregaten, wie zum Beispiel einstufige und mehrstufigen Kreiselpumpen in horizontaler- oder vertikaler Ausführung sowie in den Werkstoffen Grauguss, Sphäroguss oder Edelstahl.

Die konstruktive Ausführung der Kreiselpumpen in kältetechnischen Anlagen richtet sich nach der Art des Fördermediums, die in Kälteträger und Kältemittel unterteilt sind. Kälteträger sind Flüssigkeiten, die bei niedrigen Temperaturen noch fließfähig sind und die Aufgabe haben, die Kälte an den gewünschten Ort zu transportieren. Hier werden hauptsächlich Kreiselpumpen mit einfachwirkenden Gleitringdichtungen, wie z.B. sogenannte Solepumpen, eingesetzt, da die Fördermedien in der Regel für Mensch und Umwelt ungefährlich sind. Als Kältemittel werden aus Klimaschutzgründen vermehrt natürliche Kältemittel wie Ammoniak (NH3) oder Kohlenstoff­dioxid (CO2) verwendet. Auch wenn sich diese Kältemittel als sehr umweltverträglich erwiesen haben, sind sie dennoch schädlich für den Menschen. Zum Transport der Kältemittel werden daher hermetisch abgedichtete Kreiselpumpen wie Magnetkupplungspumpen eingesetzt, die den Pumpeninnenraum durch einen Spalttopf hermetisch zur Atmosphäre abdichten.

Kälteanlagen in Tiefkühl­lagern

Im Tiefkühllager wird künstlich eine Temperatur erzeugt, die sich üblicherweise unterhalb der Umgebungstemperatur befindet. Der übliche Temperaturbereich in den Lagerräumen liegt bei -18 bis -30 Grad Celsius. Die Kälteanlage eines Tiefkühllagers nimmt viel Platz in Anspruch und macht ca. 20% der Gesamtinvestition eines Kühlhauses aus. In der Regel kommen Kompressions-Kälteanlagen zum Einsatz, die ab 200 KW installierter Kälteleistung überwiegend aufgrund der guten Energiebilanz und der positiven Umwelteigenschaften mit Ammoniak (NH3) betrieben werden. Die eingesetzte Pumpentechnik reicht von einfachen einstufigen bzw. mehrstufigen Kreiselpumpen mit einfach wirkenden Gleitringdichtungen mit Vereisungsschutz als Solepumpen bzw. Kälteträgerpumpen bis hin zu Magnetkupplungspumpen als Kältemittelpumpen für z.B. Ammoniak oder Kohlenstoffdioxid.

Energiesparende Kühlung mit Absorptionskälte­maschinen

Bei einer Absorptionskältemaschine wird das Kältemittel nach der Verdampfung durch Temperaturbeeinflussung wieder verflüssigt, im Gegensatz zur Kompressionskältemaschine, in der die Verflüssigung über einen Verdichter geschieht. Dieses Verfahren wird auch als thermische Verdichtung bezeichnet.

Zur Förderung des Gemisches aus Kältemittel und Lösungsmittel werden Lösungspumpen eingesetzt, die beim Kältemittel Ammoniak als Magnetkupplungspumpen ausgeführt werden. Für den Kälteträgerkreislauf werden Solepumpen eingesetzt. Aus Korrosionsschutzgründen sind diese Solen allerdings keine Salzlösungen, sondern ein Gemisch aus Ethylen- oder Propylenglykol und Wasser. Je nach Temperaturniveau werden dazu auch Tiefkältepumpen mit Vereisungsschutz eingesetzt.

Kälteanlagen für Erdgefriersysteme

Um Grundwassereinbrüche und statische Stabilität bei unterirdischen Bauvorhaben nachhaltig in den Griff zu bekommen, setzt man häufig Erdgefriersysteme ein, die die Baustellen für den Zeitraum der Bauarbeiten einfrieren. Durch Einbringen von Stahl und Beton wird nach dem Auftauen das Erdreich stabilisiert und das Eindringen von Grundwasser verhindert. Das Kältekonzept einer solchen Anlage besteht aus einer oberirdisch angeordneten Kälteanlage, gepaart mit Gefrierlanzen, die im Baustellenbereich ins Erdreich eingebracht werden. Durch diese Lanzen werden je nach Temperaturniveau verschiedene Kälteträger gefördert, die bis zu einer Temperatur von -50 Grad Celsius die Erde um die Gefrierlanzen herum einfrieren. Die dazu eingesetzten EDUR-Kreiselpumpen können den bei diesen extremen Temperaturen viskosen Kälteträger sicher fördern und werden darüber hinaus mit einem zuverlässigen Vereisungsschutz ausgeführt.

Die Kältemaschine selbst wird bei solchen Kälteleistungen in der Regel mit dem Kältemittel Ammoniak (NH3) betrieben. Da dieses natürliche Kältemittel zwar klimaneutral ist, handelt es sich dennoch um ein giftiges Medium, welches ausschließlich mit hermetischen Pumpen gefördert werden darf. Hier kommen magnetgekuppelte Kältemittelpumpen zum Einsatz, die das Austreten des Fördermediums in die Atmosphäre verhindern.