Lage bewaartemperatuur coronavaccin wakkert vraag naar installatie met lucht als koudemiddel aan
Het Japanse Mayekawa ontwikkelde zo’n tien jaar geleden een koelmachine met het koudemiddel lucht die in één compressietrap tot -120 °C koelt. Daarmee lijkt het de ideale koeler voor het coronavaccin, dat een bewaartemperatuur heeft van -70 °C. De Franse regering heeft bij Mayekawa Europa al belangstelling getoond.
Tekst: Richard Mooi
Het lijkt een primeur: koelen met lucht, en dan ook nog tot ver onder het vriespunt. Het Japanse Mayekawa ontwikkelde ruim tien jaar geleden al een koelmachine die in één trap een koeltemperatuur van -128 °C kan genereren. In Europa is Mayekawa bekend van warmtewisselaars en de Mycom-compressoren, maar deze complete koelmachine voor zeer lage temperaturen bleef hier onbekend.
Machines in Japan
Dat de techniek in Europa zo weinig bekend is, zit hem in de toepassing. Een koeltemperatuur van -70 °C is – buiten medische toepassingen – nauwelijks vereist. In thuisland Japan zette Mayekawa de koelmachine, Pascal Air genaamd, wel af. Daar wordt tonijn bij een temperatuur van -70 °C ingevroren. In 2017 waren in Japan 54 van deze installaties operationeel. Mayekawa benadrukt in zijn thuisland vooral het feit dat het om een natuurlijk koudemiddel gaat, en dat de machines een lage werkdruk hebben.
Pascal Air-compressor van Mycom.
Ander type koelcircuit
De werking van de koelmachine met het koudemiddel lucht is niet te vergelijken met die van traditionele koelmachines waarbij een synthetisch of natuurlijk koudemiddel verdampt en condenseert. In de koelmachine van Mayekawa blijft het koudemiddel steeds gasvorming. De faseovergang van vloeistof naar gas ontbreekt in het proces, evenals een expansieventiel, waardoor het koelcircuit er anders uitziet.
Turbo-expander
Om de lucht afgekoeld te krijgen, wordt uiteraard wel gebruikgemaakt van de eigenschap dat een gas bij compressie verhit raakt en bij expansie juist afkoelt. Het hart van de koelmachine bestaat uit een compressor met expander, die door één elektromotor wordt aangedreven. Vanwege de hoge rotatiesnelheid tot 18.000 toeren/minuut krijgt dit onderdeel de benaming ‘turbo’.
Afvoer via drycooler
Door de compressor wordt lucht afgezogen uit de vriescel. De temperatuur ervan bedraagt, afhankelijk van de toepassing, zo’n -80 °C. In een lucht/lucht-warmtewisselaar wordt deze koude lucht voorverwarmd tot +37 °C, met lucht uit de compressor. Deze voorverwarmde lucht gaat de compressor in en daarbij gaat de temperatuur fors omhoog, tot zo’n +93 °C. In een lucht/water-warmtewisselaar, de eindkoeler genaamd, wordt met koud water de lucht afgekoeld tot zo’n 40 °C. In deze stap verdwijnt energie uit het proces via een drycooler naar buiten.
Expansie van lucht
In de eerder genoemde lucht/lucht-wisselaar daalt de temperatuur van de gecomprimeerde luchtstroom van +40 tot -75 °C. Door deze lucht te expanderen van 1,8 bar naar atmosferische druk, daalt de temperatuur tot -100 °C. Deze lucht van extreem lage temperatuur gaat de vriescel in, waarmee de kringloop – die bestaat uit een slim samenspel van compressor, expander en warmtewisselaars – rond is.
Verschillende koelvermogens
De koelunit is leverbaar in koelvermogens van 15 en 30 kW. De lucht voor de koelmachine wordt met standaardluchtkanalen uit een (bestaande) koelcel gezogen en op de gewenste inblaastemperatuur (tussen -50 en -100 °C) teruggeblazen. Daarnaast is er een versie waarop een secundair vloeistofcircuit – olie die bestand is tegen een extreem lage temperaturen – kan worden aangesloten.
COP-vergelijking van de Pascal Air met een conventionele koelmachine (klik voor een grotere weergave).
Hoog energiegebruik
Het terugbrengen van de ruimtetemperatuur naar waardes ver onder het vriespunt kost veel energie. De koelmachine Pascal Air levert bij -80 °C zo’n 30 kW koelvermogen, bij een input van 60 kW. Volgens sales manager Harold Dick van Mayekawa Europa is dat 40 tot 50 procent efficiënter dan bij een traditionele tweetrapskoelmachine met een HFK-koudemiddel of een eentrapscompressor met R23. R23 is door zijn extreem hoge GWP-waarde van 14.800 uitsluitend in koelmachines voor extreem lage temperaturen (-50 °C) toegestaan.
Opengewerkte turbocompressor van Mirai Intex.
Fabrikant in Tsjechië
Het Japanse Mayekawa is niet de enige fabrikant van koelmachines met het koudemiddel lucht. Ook in Europa is voor zover bekend één fabrikant in de weer met dit koudemiddel, Mirai Intex uit Tsjechië. Onder de naam Mirai Cold bouwt het bedrijf koelmachines voor extreem lage temperaturen tot zelfs -160 °C. De werking ervan is identiek aan die van de Pascal Air. Het bedrijf is trots op het technische hart, de turbocompressor/expander: het pakt op social media flink uit met foto’s hiervan.
Coronavaccin
Vanwege de waarschijnlijke komst van een coronavaccin dat bij een zeer lage temparuur moet worden bewaard en vervoerd, zoekt de logistieke keten naar koelsystemen die lage temperaturen kunnen realiseren. Mayekawa is door de Franse regering benaderd, meldt Harold Dick. Of dat leidt tot een concrete leveringsopdracht is nog afwachten. Bij het moederconcern stond de telefoon ook niet stil. “In Japan zijn al verschillende bestellingen binnengekomen.” Het is wel aansluiten achterin de rij, want de levertijd voor de Pascal Air is 5 à 6 maanden. Bovendien leent de unit zich meer voor stationaire koelcellen dan voor kleinere, mobiele systemen.
> Tip: In een artikel dat eerder in RCC K&L werd gepubliceerd, wordt verder ingegaan op de techniek achter de Pascal Air-koelmachine. Een link naar de PDF van dit artikel staat onderaan in dit bericht.
> Tip: Op YouTube staat een marketingfilmpje van Mayekawa met beelden van de Pascal Air.