Luft als Kältemittel

Die HOF Sonderanlagenbau GmbH hat einen neuen Prozess entwickelt, der mit Umgebungsluft als Kältemittel die aktuellen Anforderungen an die Gefriertrocknung und die Schockfrostung übertrifft. „HOF-CryoBlizzard“-Zentralkälte kann ab sofort für Retrofit und Neuprojektierung in der Pharmaindustrie und Biotechnologie verwendet werden, um planbare, verlässliche und zukunftssichere Anlagentechnik für die nächsten Jahrzehnte zu realisieren.

Aktuell befindet sich die gesamte Branche aufgrund der gesellschaftlichen und politischen Reglementierungen bezüglich des Klimawandels im Umbruch und viele Betreiber sind verunsichert. Häufig gestellte Fragen beziehen sich dabei auf die Problematik der Umweltverträglichkeit, die Regularien und Verordnungen durch Behörden, sowie die Verfügbarkeit und Preisentwicklung von Betriebsstoffen. Insbesondere betrifft dies die Seite der Kälteerzeugung, da hier die etablierten Technologien durch politische Reglementierungen über Verbote und Verknappung immer weiter eingeschränkt werden. Bei Anlagen mit Lebenszeiten über 30 Jahren steht für die Betreiber gerade die Zukunftssicherheit, Ausfallsicherheit und Qualität ihrer Anlagen im Fokus. Des Weiteren spielen Energieeffizienz, Sicherheit, Auswahl von Komponenten, Dokumentation und Langlebigkeit eine maßgebliche Rolle.

Entwicklung durch Retrofit

HOF Sonderanlagenbau hat die Kundenbedürfnisse verstanden und das Verfahren „HOF-CryoBlizzard“ entwickelt. Dazu wurde ein Retrofit an einer HOF-Gefriertrocknungsanlage aus dem Jahre 1998 durchgeführt. Bei der Anlage handelt es sich um einen Gefriertrockner mit einer Chargenkapazität von 40 kg für die Insulinherstellung. Die Kälteerzeugung wurde vor dem Retrofit durch zwei Kältesätze mit jeweils 12 kg des Kältemittels R404A (GWP 3922) realisiert. Die Steuerung der Prozessanlage erfolgte über eine Siemens S5. Die Anlage wurde im Retrofit auf die neue Kälteerzeugung („HOF-CryoBlizzard“) und die aktuelle Steuerung „S7-1500“ umgestellt. Die Kälteerzeugung besteht mit dem neuen Prozess aus redundanten Kaltluftmaschinen, die modular auf einen zentralen Ladespeicher aufgeschaltet werden. Der Ladespeicher versorgt die Verbraucher wie Stellplatten, Eiskondensator oder Schockfroster direkt mit dem Kälteträger und kann dadurch binnen kürzester Zeit große Leistungen mit homogener Temperaturverteilung abfahren. Durch den Ladespeicher bleiben das Kühlwasser und der Stromverbrauch konstant und es kommt zu keinen Lastspitzen bei der Versorgung. Der Kühlwasserverbrauch konnte beim Retrofit um die Hälfte reduziert werden.

Kühlen mit Luft

Bei den Kaltluftmaschinen handelt es sich um Kältemaschinen, die mit dem Kältemittel Luft nach dem Joule-Prozess operieren. Der maximale Überdruck in den Maschinen ist 3 bar und vergleichbar mit einem Fahrradreifen. Damit sind diese Maschinen besonders sicher und umweltverträglich. Für den Betreiber ergeben sich keine besonderen Anforderungen bezüglich des Maschinenraums, der Schulungen der Mitarbeiter, sowie wiederkehrender Prüfungen. Zudem ist das Kältemittel Luft kostenfrei und immer verfügbar, hat einen GWP von 0 und ist damit von keinen Regularien betroffen. Der Kältekreislauf wird durch eine luftgelagerte, ölfreie Turboverdichter-Expander-Einheit angetrieben, der nahezu verschleißfrei bis zu 88.000 Umdrehungen pro Minute läuft. Dabei wird der Kälteträger im Ladespeicher in einem in der Kältemaschine integrierten Wärmeübertrager gekühlt. Die dadurch erwärmte Luft wird von dem Turboverdichter angesaugt und von 1 nach 2 verdichtet. Danach wird die Energie im Gaskühler an die Umgebung abgegeben und von 2 nach 3 abgekühlt. In einem inneren Wärmeübertrager, dem Rekuperator, wird die Luft von 3 nach 4 stark abgekühlt und dann von 4 nach 5 im Expander arbeitsverrichtend entspannt. Die Arbeit wird der Verdichtung wieder zugeführt. Die Energie wird nun durch die Erwärmung der Luft im Kälteträger-Wärmeübertrager von 5 nach 6 aufgenommen. Nachdem die Luft sich im Rekuperator wieder von 6 nach 1 erwärmt hat, wird sie vom Verdichter angesaugt und der Kreisprozess beginnt erneut.

Durch den modularen Aufbau kann die Leistung des „HOF-CryoBlizzard“ variabel skaliert werden und kann damit vom kleinen Gefriertrockner bis zur Zentralkälteanlage für komplette Werke angepasst werden. Mit dem „HOF-CryoBlizzard“ können bestehende Anlagen als Retrofit erneuert und neue Anlagen realisiert werden.