Dampfstrahlkälteanlage

Eine Dampfstrahlkälteanlage ist eine thermische Kälteanlage. Sie ist die Anwendung eines Kaltdampfprozesses wie bei einer Kompressionskältemaschine. Bei diesem Kaltdampfprozess dient der Wasserdampf als Treibmittel, Kältemittel und Kälteträger. Die Verdichtung findet hierbei nur thermisch statt. Dieser Prozess wird hauptsächlich in verfahrenstechnischen Prozessen zur Produktkühlung verwendet.

Die Dampfstrahlkälteanlage besteht aus folgenden Komponenten:

• Dampferzeuger
• Strahlverdichter (bestehend aus Treibdüse, Saugdüse, dem Mischraum und Diffusor)
• Verdampfer
• Kondensator
• Wärmeübertrager
• Pumpen
• Kühlturm

Der Dampfstrahlkälteprozess besteht aus drei Kreisläufen. Im ersten Kreislauf wird das Wasser im Dampferzeuger verdampft. Der Wasserdampf wird dann unter hohem Druck in die Treibdüse geleitet und bis auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt. Die Treibdüse ist hierbei als Laval-Düse ausgelegt. Hierbei wird die potentielle Druckenergie in die kinetische Energie der Strömung umgewandelt. Bei der folgenden Expansion wird der Dampf weiter auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Durch die Expansion sinkt der Druck unter den Verdampferdruck, sodass Kältemitteldampf kontinuierlich über die Saugdüse angesaugt wird und nachströmen kann. Beide Ströme vermischen sich in der Mischkammer und ihre Geschwindigkeiten gleichen sich während der Mischung aneinander an. In dem Überschalldiffusor wird die hohe Geschwindigkeit des Mischstroms dazu genutzt, um den Druck zu erhöhen. Diese Kompression muss ausreichend hoch sein, um den Wasserdampf anschließend im Kondensator wieder zu verflüssigen.

Im zweiten Kreislauf wird das im Verdampfer eingebrachte Wasser verdampft. Das in den Verdampfer zurückgeführte warme Wasser wird versprüht, um einen effektiven Wärmeübergang und Stoffübergang zu ermöglichen. Durch den Verdampfungsprozess und die Absaugung wird die Wärme aus dem Wasserbehälter entzogen und die Flüssigkeit kühlt ab. Das abgekühlte Wasser kann mittels einer Kaltwasserpumpe zum Wärmeüberträger gefördert werden. Nach der Wärmeaufnahme im wärmeüberträger wird das Wasser wieder in den Verdampfer geführt.

Für den dritten Kreisprozess muss der Treibdampfstrahl erst in einen Verflüssiger geleitet werden. Dieser kann als Wärmeüberträger oder als Mischkondensator fungieren. In den Verflüssiger wird kaltes Wasser eingesprüht, damit der Dampf niederschlägt. Ein Teilstrom des anfallenden Kondensats wird hierbei zurück zum Dampferzeuger des ersten Kreislaufs geleitet, der andere Teil muss in einem Kühlturm gekühlt werden. Des Weiteren muss an dem Verflüssiger eine Vakuumpumpe angeschlossen werden, um die Inertgase, die mit dem eingesprühten Wassers in das System eindringen, abzuführen.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades kann man die Anlage mehrstufig ausführen.

Englische Übersetzung(en):

steam jet refrigeration system