Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, M\u00f6glichkeiten f\u00fcr den wirtschaftlichen Einsatz des energetisch g\u00fcnstigen K\u00e4ltemittels Ammoniak, das weder ein Ozonabbau- noch ein Treibhauspotential besitzt, in K\u00e4lteanlagen kleiner und mittlerer Leistung experimentell zu untersuchen. Dabei sollten die vergleichsweise hohen Anschaffungskosten f\u00fcr Ammoniak-K\u00e4lteanlagen durch die Verwendung des Werkstoffes Aluminium anstelle der bislang \u00fcblichen Stahlwerkstoffe verringert werden. Die Sicherheit solcher Systeme sollte zum einen durch eine vollst\u00e4ndige Hermetisierung mit Hilfe vermehrt nicht l\u00f6sbarer Verbindungen und eines eigens im Rahmen dieses Projektes entwickelten, halbhermetischen Ammoniak-Verdichters realisiert werden. Zum anderen wurde durch den Einsatz kompakter Apparate sowie eines ammoniakl\u00f6slichen Schmierstoffes, mit dessen Hilfe eine einfache Anlagenschaltung mit Trockenexpansionsverdampfung und selbstt\u00e4tiger \u00d6lr\u00fcckf\u00fchrung, wie sie bislang den halogenierten K\u00e4ltemitteln vorbehalten war, untersucht werden, die notwendige K\u00e4ltemittelf\u00fcllung reduziert werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur experimentellen Untersuchung des Werkstoffes Aluminium, verschiedener Verbindungstechniken und der trockenen Verdampfung in Plattenw\u00e4rme\u00fcbertragern wurde eine Versuchsanlage mit einer K\u00e4lteleistung von 10 kW erstellt. Mit Hilfe eines modifizierten Plattenw\u00e4rme\u00fcbertragers, in dem der letzte von Ammoniak durchstr\u00f6mte Kanal von au\u00dfen durch eine Glasscheibe vollst\u00e4ndig einsehbar war, konnten im station\u00e4ren Betrieb \u00dcberhitzungen zwischen 5 und 10 K erzielt werden.
\nZur \u00dcberpr\u00fcfung und Bewertung der thermischen und chemischen Stabilit\u00e4t der eingesetzten Werk- und Arbeitsstoffe wurden diese in zeitlichen Abst\u00e4nden der K\u00e4lteanlage entnommen und in Labors analysiert.
\nZur Hermetisierung der Ammoniak-K\u00e4lteanlage wurde von der Bock K\u00e4ltemaschinen GmbH in Frickenhausen ein halbhermetischer Ammoniak-Verdichter entwickelt und gefertigt. Zur Messung der Verdichterleistung wurde ein Ammoniak-Kalorimeter entsprechend den Anforderungen nach DIN 8977 erstellt, mit dessen Hilfe Verdichterleistungsmessungen und vergleichende Untersuchungen zum \u00d6ltransport in der K\u00e4lteanlage f\u00fcr die K\u00e4ltemittel R22 und Ammoniak durchgef\u00fchrt wurden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Ergebnisse zeigen, da\u00df auch f\u00fcr das K\u00e4ltemittel Ammoniak unter Verwendung eines l\u00f6slichen Schmierstoffes eine einfache Anlagenschaltung mit selbstt\u00e4tiger \u00d6lr\u00fcckf\u00fchrung und trockener Verdampfung m\u00f6glich ist. Prinzipiell ist in diesem Leistungsbereich auch die trockene Verdampfung in Plattenw\u00e4rme\u00fcbertragern m\u00f6glich. Die dazu notwendige Regelungstechnik steht jedoch noch nicht zur Verf\u00fcgung. Die Untersuchungen zum \u00d6ltransport in der K\u00e4lteanlage ergaben f\u00fcr das K\u00e4ltemittel Ammoniak vergleichbare Ergebnisse wie f\u00fcr das zu ersetzende H-FCKW-K\u00e4ltemittel R22.
\nSowohl bei dem K\u00e4ltemittel Ammoniak als auch bei dem Schmierstoff auf Polyglykolbasis (PAG) handelt es sich um polare Stoffe, die eine hohe Reinigungswirkung besitzen. Um Verstopfungen des Expansionsorgans oder Beeintr\u00e4chtigungen des Verdichters vorzubeugen, sind Ma\u00dfnahmen zur Reinigung der K\u00e4lteanlage vor deren Inbetriebnahme zwingend notwendig. Zunderr\u00fcckst\u00e4nde, Verschmutzungen, mineralische oder synthetische Schutz\u00f6le konnten mit Hilfe eines sogenannten Sp\u00fcl\u00f6les entfernt werden. Das Sp\u00fcl\u00f6l, bei dem es sich ebenfalls um ein PAG handelt, wurde dabei anstelle des eigentlichen K\u00e4ltemaschinen\u00f6ls in den Verdichter eingef\u00fcllt. Zur Reinigung wurde die K\u00e4lteanlage f\u00fcr einige Stunden mit dem Sp\u00fcl\u00f6l und Ammoniak bei moderaten Verdampfungstemperaturen betrieben, um unter Ber\u00fccksichtigung der eingeschr\u00e4nkten Mischbarkeit von Sp\u00fcl\u00f6l und Ammoniak eine \u00d6lr\u00fcckf\u00fchrung aus dem Verdampfer zum Verdichter zu gew\u00e4hrleisten. Wegen der guten Mischbarkeit und Vertr\u00e4glichkeit mit dem verwendeten K\u00e4ltemaschinen\u00f6l ist im Anschlu\u00df an den Reinigungsvorgang ein in der K\u00e4lteanlage verbleibender Rest an Sp\u00fcl\u00f6l tolerierbar, so da\u00df aufwendige Verfahren zu dessen Entfernung nicht notwendig sind.
\nMit Aluminium wurde ein Werkstoff untersucht, der \u00e4hnlich wie Kupfer formbar, magnetisch neutral gegen\u00fcber Ammoniak sowie Gemischen mit bis zu 10 % Wasser best\u00e4ndig ist. Zur Verbindung von Aluminiumrohren wurden als l\u00f6sbare Verbindungen B\u00f6rdel- sowie markt\u00fcbliche Verschraubungstechniken, die zur leichteren Handhabung ein wenig modifiziert wurden, erfolgreich erprobt. Als unl\u00f6sbare Verbindungstechnik wurde das L\u00f6ten, wie es in der K\u00e4ltetechnik vorwiegend Verwendung findet, von Hand mit offener Flamme untersucht. Dazu wurde ein hygroskopisches Flu\u00dfmittel eingesetzt, das in Gegenwart von Wasser hochkorrosiv wirken kann, weshalb eine Reinigung der L\u00f6tstellen vorzunehmen war. Ist eine Reinigung nicht m\u00f6glich, sollte die Flu\u00dfmittelmenge m\u00f6glichst sparsam dosiert werden, um den Eintrag des Flu\u00dfmittels in den K\u00e4ltekreislauf m\u00f6glichst gering zu halten. Nicht verbrauchte Flu\u00dfmittelreste lassen sich auch mit Hilfe des Sp\u00fcl\u00f6les nicht beseitigen. Die metallurgischen Untersuchungen best\u00e4tigten den guten Zustand sowohl der verwendeten Aluminiumrohre als auch der ausgef\u00fchrten L\u00f6tverbindungen von Aluminium\/Aluminium-Paarungen. Auf das L\u00f6ten von Aluminium-Stahl-Verbindungen sollte verzichtet werden, da dort neben einer verst\u00e4rkten Korrosion des Aluminiums vermehrt Rostpartikel der eingesetzten Stahlelemente ermittelt wurden.
\nIm Prototyp des halbhermetischen Ammoniak-Verdichters wurden die Kupferwicklungen des Motors durch eine resistente Gu\u00dfmasse vor dem Ammoniak gesch\u00fctzt, wodurch energetische Nachteile wie beim Einsatz eines Spaltrohres zwischen Motor und Wicklungen oder ammoniakresistenter Wicklungen aus Aluminium vermieden werden. Eine energetische Bewertung konnte nicht vorgenommen werden, da der Verdichtermotor w\u00e4hrend der Untersuchungen ausfiel und innerhalb der Projektlaufzeit kein weiterer Prototyp zur Verf\u00fcgung stand.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Erste Zwischenergebnisse dieses Forschungsvorhabens wurden bereits auf der Internationalen K\u00e4lte- und Klimafachmesse IKK im Oktober 1995 in Essen sowie auf der Jahrestagung des Deutschen K\u00e4lte- und Klimatechnischen Vereins im November 1995 in Ulm pr\u00e4sentiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der wirtschaftliche Einsatz des K\u00e4ltemittels Ammoniak sollte unter Verwendung neuartiger Techniken und Werkstoffe auch in K\u00e4lteanlagen kleiner und mittlerer Leistung prinzipiell m\u00f6glich sein. Mit Aluminium steht ein kosteng\u00fcnstiger Werkstoff zur Verf\u00fcgung, der sich mit Hilfe in der K\u00e4ltetechnik \u00fcblicher Verfahren bearbeiten und verbinden l\u00e4\u00dft, wodurch gerade kleinen und mittelst\u00e4ndischen Unternehmen der Einstieg in die Ammoniak-Technik erleichtert wird. F\u00fcr die praktische Umsetzung der Ergebnisse sind weiterf\u00fchrende bzw. zus\u00e4tzliche Untersuchungen vor allem zur Materialbest\u00e4ndigkeit von Aluminium und zur automatischen Regelung der trockenen Verdampfung notwendig. Mittlerweile (1997) werden die Ergebnisse des Forschungsvorhabens technisch in eine Pilotanlage (Ammoniak-Solek\u00fchler) umgesetzt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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