Direkte kontaktvarmeveksler med isgenerering (DCHI)

Projektets formål var at videreudvikle vanddampteknologien til at omfatte muligheden for at producere is ved vands trippelpunkt – ca. 6 mbar absolut tryk. Metoden omtales derfor ofte som vakuumisproduktion. Baggrunden er, at denne teknologi vil have en række anvendelsesmuligheder, bl.a.:

• Havvand vil kunne udnyttes som varmekilde til store fjernvarmevarmepumper året rundt, og det samme gælder spildevand.
• Termisk lager i forbindelse med variationer i vedvarende energikilder – f.eks. til fjernkøling, industrielle processer, fødevarer, m.m.
• Til direkte køling af fødevarer ved immersion.
• Opkoncentrering af fødevarer/spildevand ved frysekoncentrering. 
• Kunstig sne til skisportssteder.

Den kommercielle prototype af en vanddampchiller beregnet til afkøling af vand er udgangspunktet for udviklingen af en direkte kontaktvarmeveksler med mulighed for isgenerering. Denne chillerprototype var oprindeligt forventet frigivet til produktion i løbet af 2014, men fieldtesten af enheden er blevet en del forsinket, så frigivelsen er først sket her i starten af 2018.

På grund af det nære slægtskab med chilleren, var forudsætningen, at de geometriske størrelser af fordamperen (højde og diameter) skulle være identiske med chillerfordamperen, så der kunne designes en standardenhed med udskiftelig fordamper afhængigt af anvendelse.

Konsekvensen af disse krav har været en væsentligt større energitæthed end i tidligere anlæg baseret på centrifugalkompressorer – f.eks. det tidligere Augustenborg-anlæg. Det har naturligt givet større udfordringer med hensyn til at holde vand/is-blandingen tilstrækkeligt homogent mikset, så den kunne pumpes ud fra beholderen, samt at skabe en tilstrækkelig fri overflade til at danne iskrystaller ved den givne kapacitet.

Under projektarbejdet har der derfor været et stærkt fokus og været ydet en ekstra indsats på netop disse to emner.

Fordelersystemet af vandet til fordamperen har været testet i tre versioner:

1. Via perforerede plader i toppen af fordamperen efter samme princip som chilleren. Det gav så mange dråber/iskrystaller, at dråbefanget ikke fungerede tilstrækkeligt effektivt.
2. Via dyser i ’sumpen’ i bunden af beholderen i en del forskellige indstillinger. Det gav dog ikke en tilstrækkelig fri overflade til at danne iskrystaller. Der frøs ret hurtigt en fast overflade på vandet.
3. En kombination af dyser i ’sumpen’ og et antal frie dyser over vandoverfladen. Forskellige dyser/fordelere blev testet. Det virker til at være metoden til at skaffe en tilstrækkelig fri overflade.

Knockoutpladerne til dråbeseparering, som oprindeligt var designet til chillerapplikationen, blev testet på isgeneratoren. Det viste sig, at ved et passende vandfordelersystem, så fungerede knockoutpladerne også tilfredsstillende til at separere iskrystallerne og ligeledes beskytte kompressoren under disse forhold.

I tilfælde af pumpefejl, fejl i opblanding m.m. kan det ske, at hele fordamperen fryser til, så anlægget skal stoppes hurtigst muligt. Testene har identificeret et brugbart signal til at indikere denne situation – nemlig indløbstemperaturen til kompressoren. Kompressoren staller i tilfælde af tilfrysning, så indløbstemperaturen stiger kraftigt og kan således benyttes som indikator. Energiindholdet i 80 °C varmt vand svarer nogenlunde til smeltevarmen for samme mængde is – maksimalt ca. en kubikmeter. En strategi for optøning kunne være 2-4 batchkørsler, hvor 70-80 °C varmt vand (f.eks. fjernvarme frem) ledes ind i bunden af beholderen, og smeltevandet pumpes ud.

Det har desværre ikke været muligt inden for projektets rammer at teste forskellige overfladebehandlinger som oprindeligt planlagt, da der har været forøget fokus på at etablere en tilstrækkelig opblanding og en fri overflade.