Auslegungsbeispiel eines Ejektors in einer Low-Lift-Anwendung

In einer Low-Lift-Anwendung ist das Massenstromverhältnis das wesentliche Auswahlkriterium. Die Ejektoren wälzen hierbei das Kältemittel ähnlich einer Kältemittelpumpe um. Eine Druckerhöhung wird nur soweit angestrebt, wie es das Massenstromverhältnis des Pumpbetriebs zulässt.

Aus der Kennlinie des gewählten Ejektors ergibt sich der Saugmassenstrom aus gegebenem Hochdruck, der Treibmassenstrom und der Mitteldruck. Der Mitteldruck wird hierbei von der Saugdruckregelung des Verdichters bestimmt.

Im folgenden Beispiel soll eine einstufige Anlage mit einem Ejektor berechnet werden:

Randbedingungen:

• Gaskühleraustrittstemperatur (t_gc) im Auslegungspunkt: 35°C
• Hochdruck, absolut (p_HP): 89 bar
• Verdampfungstemperatur in der Normalkühl-Verdichterstufe (t_{o NK}): -8°C
• Kälteleistung der Normalkühl-Verdichterstufe (Q_{o NK}): 60 kW
• Mitteldruck, absolut (geschätzt): 33 bar

Zunächst wird in der BITZER SOFTWARE unter "R744-Booster-Auswahl", eine Anlage ohne Ejektor, mit einer Standard-Überhitzungsregelung berechnet (siehe folgende Abbildung). Der Mitteldruck wird ca. 5 bar über dem Verdampfungsdruck gewählt. Dies entspricht nach einer ersten Schätzung dem Druckhub der Anlage mit Ejektor.

Mit diesen Annahmen wird im ersten Schritt der zu fördernde Massenstrom des Ejektors berechnet um die Kälteleistung von 60 kW zu erreichen. Durch die Abscheidung im Mitteldruckbehälter ist der Netto-Massenstrom, der durch den Verdampfer strömt und wieder vom Ejektor angesaugt wird, der Gesamtmassenstrom abzüglich des Flash-Gas-Massenstroms und liegt in diesem Beispiel bei 1572 kg/h - 699 kg/h = 873 kg/h

Auf Basis des Massenstroms, der für das Erreichen der 60 kW Kälteleistung durch den Verdampfer strömen muss, kann über das Massenstromverhältnis des Ejektors die nötige Förderleistung der Verdichter ermittelt werden. Der im BITZER Berechnungstool vorausgewählte Ejektor HDV-E23 hat bei einem Hochdruck von 89 bar und bei einem Treibmassenstrom von 1572 kg/h ein Massenstromverhältnis von 0,56 und einen Druckhub von 4 bar.

Der empfohlene Ejektor HDV-E23 kann also 873 kg/h einsaugen und auf einen um 4 bar höheren Mitteldruck fördern.

Die Verdichter können durch den erhöhten Ansaugdruck nun kleiner ausgewählt werden. Die gezeigte Kälteleistung in der neuen Auswahl spielt dabei keine Rolle. Die Berechnung dient lediglich der neuen Verdichterkonfiguration anhand des Treibmassenstroms für den Ejektor, bei der höheren Drucklage und der Bestimmung der Leistungsaufnahme. Die Verdichter müssten nun bei 32 bar Saugdruck (-3°C) einen Massenstrom von 1572 kg/h aus dem Mitteldruckbehälter fördern (siehe Abbildung unten). Die dazugehörige Leistungsaufnahme ist die neue Verdichterleistungsaufnahme der Anlage mit Ejektor.

COP

Der COP der Flash-Gas-Bypass-Anlage liegt bei Q_o / P_e = 59,9 kW / 31,8 kW = 1,9

Der COP der Anlage mit Ejektor liegt bei Q_o / P_e = 59,9 kW / 26 kW = 2,3

Dabei muss beachten werden, dass der Vorteil der um ca. 3 K höheren Verdampfungstemperatur durch den Betrieb mit überflutetem Verdampfer noch nicht berücksichtigt ist.