Energieeinsparungen mit Ejektoren

Gewinnbringend werden Ejektoren in CO₂-Kälteanlagen eingesetzt, um die hohe Arbeitsfähigkeit des Kältemittels nach dem Gaskühler zu nutzen. Im Ejektor selbst befindet sich eine Treibdüse, die den hohen Hochdruck in Geschwindigkeit umwandelt. Dadurch sinkt der statische Druck in der Vormischkammer unter den Saugdruck der Normalkühlstufe. Der mitgerissene Saugstrom wird in der Mischkammer mit dem Treibstrom vermengt. Die Entschleunigung der Strömung im Diffusor bewirkt eine Druckanhebung des Gemisches auf Mitteldruck.

Ejektoren können als Gas- oder Flüssigejektor betrieben werden. Der Gasejektor wirkt als „Vorverdichter“, indem er gasförmiges Kältemittel vom NK-Saugdruckniveau auf Mitteldruckniveau im Kältemittelsammler fördert. Vom Mitteldruckniveau absaugende Parallelverdichter arbeiten mit kleinerer Druckdifferenz, was eine niedrigere Leistungsaufnahme zur Folge hat. Der Einsatz von Flüssig­ejektoren ermöglicht eine quasiüberflutete Arbeitsweise der Kühlstellen. Effizienzvorteile werden durch den verbesserten Wärmeübergang und der damit möglichen Anhebung der Verdampfungstemperatur erreicht. Nicht verdampftes Kältemittel wird in einem Behälter vor den NK-Verdichtern, Akkumulator genannt, aufgefangen und vom Flüssigejektor wieder zum Sammler gefördert.

Als Hersteller von Kälteanlagen hat compact Kältetechnik (www.compact-kaeltetechnik.de) in den letzten Jahren große Anstrengungen unternommen, den Wirkungsgrad von R744-Kälteanlagen, insbesondere im transkritischen Betrieb, schrittweise zu verbessern. Dieser Entwicklung hat compact Kältetechnik Rechnung getragen und auf Komponentenebene einen Ejektor als Bauteil entwickelt.

Nach zwei Jahren Forschung und Entwicklung konnten an der hauseigenen transkritischen Booster-Versuchsanlage der 3. Generation mit Parallelverdichter sowie Gas- und Flüssigejektoren belastungsfähige Leistungstests durchgeführt werden. Bei simulierten Außentemperaturen eines typischen deutschen Sommertages von 34 °C werden gegenüber einem Booster-System der 1. Generation Effizienzsteigerungen von 21 % erreicht. Mit weiteren Umbaumaßnahmen und Anpassungen der Regelung zeigen Simulationen eine mögliche Einsparung von mehr als 25 %.

Ideale Voraussetzungen für den Einsatz von Ejektoren sind Booster-Anlagen mit einem Verhältnis von TK-NK-Leistung von 1/2 bis 1/6 und mittleren bis großen NK-Kälteleistungen ab 60 kW. Kühlstellen/-möbel mit einer hohen Verdampfungstemperatur t₀ ≥ -6 °C und hohe Außentemperaturen führen zu kürzeren Amortisationszeiten.