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Effiziente Eisbrei-Herstellung ohne mechanischen Schaber

Ref-Nr: TA-13/013TLB


Kurzfassung

Eisbrei findet in der Industrie Verwendung als umweltfreundlicher Kälteträger in der Kühlung von Lebensmitteln und in der Klimatisierung von Gebäuden. Am Institut für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik der Hochschule Karlsruhe wurden diverse neue Verfahren zur Produktion von Eisbrei entwickelt, die alle darauf abzielen, mechanische Bauteile im Eisbreireaktor weitgehend entbehrlich zu machen. Damit geht in der Regel eine energieeffizientere Produktion einher. In den letzten Jahren wurden dazu mehrere Patente angemeldet.


Hintergrund

Eisbrei findet Verwendung als umweltfreundlicher Kälteträger in der Kühlung von Lebensmitteln und in der Klimatisierung von Gebäuden. Er besteht aus einem Gemisch aus Wasser, Eispartikeln und einem Zusatzstoff (z. B. Salz oder Ethanol), der den Gefrierpunkt des Gemisches senkt. Eisbrei hat eine sehr hohe Energiedichte und einen hohen Wärmeübergang. Dadurch lassen sich Rohrdimensionen und Pumpleistung in Kälteanlagen signifikant verringern.


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Problemstellung

Am häufigsten werden zur Herstellung von Eisbrei Kratzverdampfer eingesetzt. Kratzverdampfer bestehen aus einem doppelwandigen, zylinderförmigen Wärmeübertrager, der mit Kältemittel gekühlt wird. Bei genügend großer Temperaturdifferenz bilden sich im Kälteträger-Gemisch Eispartikel an der Zylinder-Innenwand. Die Eispartikel werden dann mechanisch durch Schaber abgelöst. Da die Wärmeübertragerfläche in Kratzverdampfern bauartbedingt relativ klein ist, muss die Verdampfungstemperatur des Kältemittels, das die Temperatur an der Wärmeübertragerfläche senkt, sehr niedrig sein. Die niedrige Verdampfungstemperatur führt zu einem ineffizienten Betrieb der Kälteanlage. Ein weiterer Nachteil von Kratzverdampfern ist der unerwünschte Wärmeeintrag und der hohe Verschleiß durch die Reibarbeit der Schaber.


Lösung

An der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft wurde ein Verfahren entwickelt, dessen Einsatz die Effizienz von Kälteanlagen durch Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche deutlich erhöht. Da bei konstanter Kälteleistung ein nahezu proportionaler Zusammenhang zwischen der Größe der Wärmeübertragerfläche und der benötigten Temperaturdifferenz zwischen dem Kälteträger-Gemisch und dem Kältemittelkreislauf im Inneren des Wärmeübertragers besteht, kann dann mit einer sehr geringen Temperaturdifferenz gearbeitet werden. Die Verdampfungstemperatur für den Kältemittel-Kreislauf steigt. Damit sinkt der Energieaufwand, der zur Regeneration des Kältemittels in diesem Kreislauf eingesetzt werden muss. Ein weiterer Vorteil der geringen Temperaturdifferenz ist, dass die Eispartikel, die sich im Kälteträger-Gemisch bilden, an der Wärmeübertragerfläche nicht fest anfrieren, sondern eine lose Schicht bilden. Die Schicht kann unter geringem Kraftaufwand abgelöst werden. Kälteträger-Gemisch, das durch eine geeignete Anordnung von Düsen im Behälter die Wärmeübertragerfläche kontinuierlich abspült, löst die Eispartikel, die dann im Gemisch nach oben steigen. Es entfallen somit mehrere Faktoren, die bei anderen Verfahren die Effizienz der Eisbreiherstellung senken.


Vorteile

  • Kein mechanisches Abkratzen der Eispartikel
  • Geringe Temperaturdifferenz zwischen Eisbreigenerator und Kältemittelkreislauf
  • Kein Wärmeeintrag durch Reibarbeit
  • Effiziente Herstellung von Eisbrei

Anwendungsbereiche

Herstellung von Eisbrei für Kühlung und Klimatisierung


Service

Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und sucht Unternehmen für die industrielle Umsetzung.


Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Dr.-Ing. Hubert Siller
+ 49 721 790 040
hsiller@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Machbarkeit


Patentsituation

  • DE 10 2013 208 094 erteilt

Stichworte

Kältetechnik, Kälteträger, Kältemittel

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsführerin)

c/o TransMIT GmbH
Kerkrader Straße 3
D-35394 Gießen