Bestandteile des Vakuumsystems
Ein gut ausgelegtes Vakuumkühlsystem besteht aus drei Hauptbestandteilen: (1) der Vakuumkammer, (2) dem Vakuumpumpensystem und (3) dem Wasserfänger (Kondensator). Jeder setzt dem anderen eine Grenze: Die Kammer bestimmt, wie viel Dampf abgeführt werden muss, der Wasserfänger entzieht den größten Teil davon, und das Pumpensystem bewältigt den Rest sowie die nicht kondensierbaren Gase, die eindringen.
Auswahl der Vakuumpumpe
Die Pumpe muss so dimensioniert sein, dass sie das Kammervolumen evakuiert und die kontinuierliche Wasserdampflast während der Kühlung bewältigt. Für die Kühlung von Erntegut (≤660 Pa) genügen einstufige Drehschieberpumpen. Für die Kühlung von Speisen (Ausgangstemperatur 80-90°C) wird ein zweistufiges System empfohlen, bei dem eine Wasserringpumpe eine Drehschieberpumpe unterstützt.
Der Unterschied ergibt sich aus der Dampflast. Heiße Speisen setzen zu Beginn des Zyklus große Mengen Wasserdampf frei, und dieser Dampf ist warm; eine Wasserringpumpe verträgt die Feuchtigkeit als erste Stufe, während die Drehschieberpumpe den Enddruck erzeugt. Bei der Kühlung von Erntegut ist die Dampflast kleiner und kühler, sodass eine Stufe ausreicht.
Eine Wälzkolbenpumpe sollte für keine der beiden Aufgaben ergänzt werden. Bei dem Zieldruck von ≤600 Pa, der für die Vorkühlung von Erntegut und die Schnellkühlung von Speisen verwendet wird, bringt eine Wälzkolbenstufe keinen Gewinn an effektiver Saugleistung, weil dieser Bereich von der Vorpumpe abgedeckt wird. Eine Wälzkolbenpumpe in Kombination mit einer Drehschieberpumpe gehört zu Hochvakuumaufgaben wie der Gefriertrocknung, bei der der Betriebsdruck ≤30 Pa beträgt. Eine Boosterstufe zu einem Kühlsystem hinzuzufügen erhöht Kosten und Wartungsaufwand, ohne den Zyklus zu verbessern.
Auslegung des Wasserfängers
Der Wasserfänger muss eine ausreichende Oberfläche haben, um den verdampften Wasserdampf zu kondensieren. Die erforderliche Fläche hängt von der maximalen Feuchtigkeitsentzugsrate ab. Eine Faustregel lautet 1 m² Wasserfängerfläche je 100 kg Wasserdampf pro Stunde. Zwei weitere Bedingungen gelten: Die Oberfläche des Wasserfängers muss unter dem Taupunkt des aufgenommenen Dampfes bleiben, und Reif, der sich darauf ansammelt, verringert sowohl die freie Fläche als auch die Wärmeübertragung, sodass Abtauen und Entwässerung Konstruktionsfragen sind und nicht Hausmeisterarbeit.
Kammer und praktische Schwachstellen
Das Kammervolumen sollte zusammen mit der Beladungsdichte betrachtet werden, denn das zu evakuierende freie Volumen ist die Kammer abzüglich des Produkts. Der Dichtheit ist dieselbe Aufmerksamkeit zu widmen wie der Pumpendimensionierung: Eine Dichtung, die nicht mehr hält, lässt fortlaufend Luft ein, und die Pumpe verwendet ihre Leistung dann auf Luft statt auf Wasserdampf. Wird ein Zyklus langsamer, ist die praktische Prüfreihenfolge die Türdichtung, dann die Ventildichtungen, dann die Schweißnähte der Kammer. Auch Sprühdüsen und Ablaufleitungen gehören auf die routinemäßige Prüfliste, da eine Verstopfung sowohl die Feuchtigkeitszufuhr als auch den Dampfweg verändert.