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31.07.2019

Hermetic Pumpen spendet hermetische CO2-Kältemittelpumpe für die Forschung

V.l.n.r.: Håkon Selvnes, NTNU / Torsten Brodersen, FINISTERRA / Armin Hafner, NTNU  bei der Übergabe der Kältemittelpumpe im Institut der NTNU Norwegen (Foto: Hermetic Pumpen GmbH)

Die Hermetic-Pumpen hat der Technisch-Naturwissenschaftlichen Universität Norwegens (NTNU), Trondheim, eine hermetische Kältemittelpumpe gespendet. Die speziell für CO2-Anwendungen konzipierte Spaltrohrmotorpumpe kommt in einer Versuchsanlage zum Einsatz, die die thermische Energiespeicherung mittels Phasenwechselmaterialien in industriellen CO2-Kälteanlagen erforscht.

Ziel ist der Abbau von Lastspitzen zur Ermöglichung des Anlagen-Downsizings. Daraus resultierende Vorteile sind eine erhebliche Senkung der Anlagen-Investitionskosten sowie der laufenden Energiekosten der Gesamtanlage.

Im Zuge des Umwelt- und Klimaschutzes fordert die industrielle Kältetechnik zunehmend Lösungen, die sowohl Direktemissionen von Kältemitteln als auch den Gesamtenergieverbrauch reduzieren. Vor diesem Hintergrund hat die Bedeutung von CO2 (R744) als Kältemittel auch im Anlagenbau rasant zugenommen. Der Grund: CO2 ist ein natürliches Kältemittel und im Vergleich zu den fluorierten Kältemitteln umweltfreundlich und kostengünstig. Es ist farblos, nicht toxisch und nicht brennbar.

Forschungsprojekt: Phasenwechselspeicher in industriellen CO2-Kälteanlagen
Um den Energieverbrauch industrieller CO2-Kälteanlagen zu senken, erprobt die Abteilung für Energie- und Verfahrenstechnik der NTNU in Trondheim eine neue thermische Energiespeicherung. Das Forschungsprojekt untersucht, in wie weit thermische Energie bei Niedriglastzeiten in „Phase Change Materials“ (PCM) – auch Phasenwechselspeicher oder Latentspeicher genannt – gespeichert werden kann, um diese bei Lastspitzen wiedereinzusetzen. Zusätzliche Wärmespeicher sollen dabei die Lastspitzen abbauen. Dies ermöglicht die Auslegung der Anlage auf ein niedrigeres Lastniveau, was zum Anlagen-Downsizing beiträgt. Damit lassen sich sowohl die Anschaffungskosten als auch die laufenden Energiekosten der Gesamtanlage erheblich senken. Ein besonders großes Potenzial für diese Technologie sieht man in Anlagen, die im Tagesverlauf große Unterschiede in der Kälteanforderung aufweisen, wie beispielsweise in Kühlprozessen der Lebensmittelindustrie. Zu den anlagenseitigen Vorteilen zählen kleinere Rohrabmessungen, geringer Energieverbrauch für die Pumpenzirkulation, niedriger Druckverlust und eine effiziente Wärmeübertragung.

Hohe Anforderungen an die eingesetzten Komponenten
Besondere Merkmale von CO2 sind sein kritischer Punkt von 31 °C, der zur Wärmeabgabe viel höhere Drücke erfordert, als sie üblicherweise in der industriellen Kühlung zum Einsatz kommen. Dies stellt besondere Anforderungen an die eingesetzten Komponenten. In der Pilotanlage zirkuliert das Kältemittel CO2 in einem Temperaturbereich von 5°C bis -50°C, mit einem maximalen Nenndruck von 52 bar. Für die Pumpentechnologie gilt es insbesondere, den hohen Druck des Fördermediums zu beherrschen. Zudem weist CO2 schon bei üblichen Betriebstemperaturen eine niedrige Viskosität auf, die mit Temperaturanstieg weiter abfällt und negativ auf die Tragfähigkeit der Gleitlager wirkt. Ein weiterer Punkt sind die geforderte absolute Dichtigkeit sowie ein geringer MTBF-Wert und damit höchste Zuverlässigkeit der eingesetzten Pumpe.

Hermetic Kältemittelpumpe speziell für CO2-Anwendungen konzipiert
Für die Pilotanlage stellt die Hermetic-Pumpen zusammen mit ihrer norwegischen Vertretung Finesterra AS eine speziell für CO2-Anwendungen konzipierte mehrstufige Spaltrohrmotorpumpe des Typs CAMh zur Verfügung. Diese Baureihe wurde entwickelt, um den Anforderungen bei 52 bar Betrieb und Stillstandsdruck gerecht zu werden. Die großzügig dimensionierten Gleitlager aus modernen gesinterten Werkstoffen gewähren einen berührungsfreien und damit praktisch verschleißfreien Lauf der Pumpe. Die Konstruktion und Werkstoffauswahl der Pumpenbaureihe deckt den Nenndruck PN 52 sicher ab. Gemäß den gültigen Normen wie ISO 15783 für Spaltrohrmotorpumpen, wird eine Druckprobe mit 78 bar an jeder Pumpe durchgeführt. Zusätzlich wird die zweite Sicherheitshülle mit Stickstoff (N2) auf Dichtigkeit geprüft. Damit sorgt die Hermetic Pumpe für einen sicheren und kontrollierten Weg des Kältemittels in der Pilotanlage.

Hermetic-Pumpen engagiert in Forschung und Entwicklung
Adrian Schäfer, Produktmanager für Kältemittelpumpen sagt: „Hermetic Pumpen verfügen über hochentwickelte Technologien, die uns an die Weltspitze gebracht haben. Das geht nicht ohne kontinuierliche Investitionen in die Forschung, Entwicklung und Fertigung. Aus dieser Position heraus ist es unser Anspruch, auch die universitäre Forschung zu unterstützen. Insbesondere liegen uns Forschungsfelder am Herzen, die sich auf Umweltschutz und Energieeffizienz ausgerichtet sind. Wir wünschen dem Forschungsteam viel Erfolg.“

Bild: V.l.n.r.: Håkon Selvnes, NTNU / Torsten Brodersen, FINISTERRA / Armin Hafner, NTNU bei der Übergabe der Kältemittelpumpe im Institut der NTNU Norwegen (Foto: Hermetic Pumpen GmbH)

Quelle: Hermetic Pumpen

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