Einsatz eines Open-Flash-Economizers

Effekt 1:
Erhöhung der Kälteleistung

Der Open-Flash-Economizer ist ein Behälter ohne Einbauten, der von Kältemittel durchströmt wird. Das flüssige Kältemittel aus dem Verflüssiger wird durch ein Expansionsventil gedrosselt und strömt in den Open-Flash-Economizer. Durch die Drosselung verdampft ein Teil des Kältemittel-Massenstroms (ca. 10 %; sogenanntes Flash-Gas). Die Verdampfungswärme des Flash-Gases wird dabei der flüssigen Phase entzogen, wodurch deren Enthalpie und Temperatur sinkt. Über ein zweites Expansionsventil erfolgt eine weitere Drosselung. Das Kältemittel strömt in den Verdampfer. Beim Verdampfungsvorgang besitzt das abgekühlte, flüssige Kältemittel eine deutlich höhere Verdampfungsenthalpie (Abb. 2), die eine erhöhte Kälteleistung zur Folge hat. Wie hoch diese ausfällt, ist abhängig von den Verdampfungs- und Verflüssigungstemperaturen bzw. dem Verhältnis zwischen Verflüssigungs- und Verdampferdruck. Generell gilt: Je höher das Druckverhältnis, desto höher ist der anteilige Leistungsgewinn. Durch eine geschickte Integration des Open-Flash-Economizers verändern sich die Aufstellungsmaße der „Quantum“-Maschine nicht. Damit steigt die Kälteleistung pro Aufstellfläche. Die Investitionskosten pro Kilowatt Kälteleistung sinken.

Effekt 2:
Steigerung der Energieeffizienz

Das im Open-Flash-Economizer entstehende Flash-Gas muss vom Verdichter abgesaugt werden. Neueste Verdichterarten, wie der „Quantum“-Turbo-Verdichter, fördern den Massenstrom mit zwei Turbinenrädern, die auf der magnetgelagerten Antriebswelle nacheinander durchströmt werden. Dabei stellt sich zwischen diesen beiden Turbinenrädern ein Mitteldruck ein, der zwischen dem Verdampfungsdruck und dem Verflüssigungsdruck liegt. Der Verdichter bietet die Möglichkeit, das Flash-Gas in diesen Mitteldruckbereich zu führen und auf den Verflüssigungsdruck zu verdichten. Beim Verdichtungsvorgang fungiert die Einspeisung des Flashgases als Zwischenkühlung für das Druckgas. Die gesamte technische Verdichterarbeit mit Zwischenkühlung ist stets geringer als die ohne Zwischenkühlung. Der positive Effekt der Zwischenkühlung und die gesteigerte Kälteleistung (Effekt 1) sorgen dafür, dass sich die Energieeffi­zienz (d.h. der EER-Wert, Energy Efficiency Ratio) durch den Economizer stets erhöht. Bei hohen Druckverhältnissen (z.B. Kälteerzeugung mit Wärmerückgewinnung oder Wärmepumpenbetrieb) ist der Effizienzgewinn durch den Open-Flash-Economizer am größten. Der EER-Wert kann um bis zu 20 % gesteigert werden, was die Betriebskosten deutlich senkt.

Effekt 3: Optimales Betriebsverhalten

Der Open-Flash-Economizer ist die thermodynamisch optimale Lösung. Flash-Gas und flüssiges Kältemittel stehen in direktem Kontakt und befinden sich deshalb im Sättigungszustand auf der Tau- bzw. Siedelinie (d.h. Flash-Gas ohne Überhitzung und gesättigte Flüssigkeit). Dieser Sättigungszustand wird in jedem Betriebszustand automatisch erreicht. Bei veränderten Betriebsbedingungen, etwa bei Änderung der Verdampfungs- und Verflüssigungstemperaturen oder des Lastzustandes, arbeitet der Open-Flash-Economizer stets optimal. Es ist kein zusätzliches Regelorgan erforderlich.

Open-Flash-Economizer vs.
Unterkühler-Economizer

Ein Economizer ist nicht immer ein Open-Flash-Economizer. Es gibt zwei verschiedene Bauformen. Viele Hersteller setzen einen Economizer in Form eines inneren Wärmeübertragers als Unterkühler ein. Vor dem Eintritt in den Wärmeübertrager wird der Kältemittelstrom aus dem Verflüssiger aufgeteilt. Ein Teilmassenstrom wird über ein Drosselorgan gemindert und verdampft im Wärmeübertrager auf der Sekundärseite. Dadurch wird der Hauptkälte-Mittelstrom auf der Primärseite unterkühlt. Durch dieses Verfahren sind geringere Verbesserungen der Kälteleistung und der Effizienz möglich als beim Einsatz eines Open-Flash-Economizers. Die Gründe dafür sind, dass bei einem Wärmeübertrager stets Übertragungs- und Druckverluste auftreten. Weiterhin muss das verdampfende Kältemittel am Wärmeübertrageraustritt überhitzt austreten, um einen Flüssigkeitseintrag in den Verdichter zu vermeiden. Die Übertragungsverluste sowie die Überhitzung verringern die möglichen Effizienzgewinne. Sollte die Überhitzungsregelung des Wärmeübertragers durch fest eingestellte Sollwerte erfolgen, verringern sich in der Praxis – wenn die Betriebsbedingungen vom Auslegungspunkt abweichen – die Vorteile des Unterkühler-Economizers deutlich. Der Open-Flash-Economizer hingegen arbeitet immer ideal.