Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Einsparung von Prim\u00e4renergie bei der Transportk\u00fchlung durch die Ausnutzung der verf\u00fcgbaren Abgasenergie des Zugfahrzeuges. Dazu soll die Realisierbarkeit einer diskontinuierlich arbeitenden Absorptionsk\u00e4lteanlage anstelle der bislang \u00fcblichen Kompressionsk\u00e4lteanlagen untersucht werden.
\nIn Anbetracht der steigenden Nachfrage gek\u00fchlter sowie insbesondere tiefgek\u00fchlter Produkte und der damit verbundenen Zunahme von K\u00fchltransporten k\u00f6nnten dadurch erhebliche Mengen an Treibstoff und damit verbundener Betriebskosten eingespart werden. Da die Energieversorgung von Transportk\u00e4ltemaschinen bislang \u00fcberwiegend durch integrierte, separate Dieselmotoren erfolgt, die nicht den strengen Abgasvorschriften der Fahrzeugmotoren entsprechen, w\u00fcrde durch die Vermeidung zus\u00e4tzlicher Abgasemissionen ein weiterer Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Realisierung einer diskontinuierlich arbeitenden Absorptionsk\u00e4lteanlage mit dem nat\u00fcrlichen K\u00e4ltemittel Ammoniak soll zun\u00e4chst ein geeigneter Arbeitsstoff als Absorbens ermittelt und auf Eignung gepr\u00fcft werden. Falls erforderlich, werden die f\u00fcr die weiteren Arbeiten ben\u00f6tigten thermophysikalischen Eigenschaften des ausgew\u00e4hlten Arbeitsstoffpaares experimentell bestimmt. Anschlie\u00dfend folgen Untersuchungen zur Langzeitstabilit\u00e4t des ausgew\u00e4hlten Arbeitsstoffpaares bei den zu erwartenden hohen Temperaturen sowie zum Korrosionsverhalten geeigneter Konstruktionswerkstoffe.
\nAls Grundlage f\u00fcr die Auslegung und Konstruktion der Absorptionsk\u00e4lteanlage soll ein Anforderungsprofil erstellt werden, das neben den energetischen Anforderungen f\u00fcr ein auszuw\u00e4hlendes Einsatzgebiet die geometrischen Randbedingungen am Fahrzeug, wechselnde Umgebungsbedingungen und andere f\u00fcr K\u00fchltransporte spezifische Gegebenheiten ber\u00fccksichtigt. Auf dieser Basis sollen verschiedene L\u00f6sungsvarianten erarbeitet werden, deren technische und wirtschaftliche Umsetzung und Realisierbarkeit zu pr\u00fcfen sind.
\nZur Erstellung eines konstruktiven Gesamtkonzeptes soll zun\u00e4chst die zur Verf\u00fcgung stehende Abgasenergie des Zugfahrzeuges bei den unterschiedlichen Fahrbedingungen ermittelt und anschlie\u00dfend mit Hilfe eines Simulationsprogramms Berechnungen zur Unterst\u00fctzung und \u00dcberpr\u00fcfung bei der Auslegung von Apparaten der K\u00e4lteanlage durchgef\u00fchrt werden.
\nNach Abschluss der Konstruktionsarbeiten soll eine Versuchsanlage erstellt, in Betrieb genommen und unter m\u00f6glichst praxisnahen Bedingungen erprobt werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Als Absorbens wurde Manganchlorid mit einer Reaktionstemperatur von 180\u00b0C ausgew\u00e4hlt. F\u00fcr das Arbeitsstoffpaar wurden bei Temperaturen von 40 bis 130\u00b0C und Dr\u00fccken zwischen 1 und 16 bar die Temperatur- und W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit, der W\u00e4rmeeindring- und der Kontaktkoeffizient an der Heizplatte bestimmt.
\nVon der DaimlerChrysler AG wurden f\u00fcr dieses Projekt Testfahrten mit einem beladenen LKW-Zug entsprechend einem Fernverkehrseinsatz f\u00fcr K\u00fchltransporte durchgef\u00fchrt. F\u00fcr das gew\u00e4hlte Arbeitsstoffpaar war der maximal nutzbare Anteil des Abgases mit 20 kW deutlich geringer als erwartet. Theoretisch l\u00e4sst sich daraus bei idealer Nutzung einer Absorptionsanlage eine K\u00e4lteleistung von maximal 5 kW erzielen, in der Praxis erheblich weniger. Das urspr\u00fcngliche Ausgangskonzept des Projektes, das eine K\u00e4lteanlage f\u00fcr ein kleines Verteilerfahrzeug mit 3,5 t zul\u00e4ssigem Gesamtgewicht mit 2 bis 4 kW K\u00e4lteleistung bei einer K\u00fchlraumtemperatur von -20\u00b0C und die Aufheizung des Anlagenreaktors aus dem Leichtbauwerkstoff Aluminium durch ein indirektes System mit einem vom Abgas beheizten W\u00e4rmetr\u00e4ger vorsah, musste nach der Ermittlung der geringen Abgasenergie erneut \u00fcberarbeitet werden. Da mit geringerer Motorleistung auch die nutzbare Abgasw\u00e4rme sinkt, wurde das Anforderungsprofil auf ein Solofahrzeug gro\u00dfer Motorleistung f\u00fcr den Langstreckenverkehr mit K\u00e4lteleistungen von 3 bis 5 kW ge\u00e4ndert. Auf Grund der zu erwartenden h\u00f6heren \u00dcbertragungsverluste wurde auch das Konzept der indirekten Beheizung verlassen und eine direkte Be-heizung des Reaktors verfolgt. Die hohen Abgastemperaturen verboten den Einsatz der bereits ausgew\u00e4hlten Aluminiumlegierungen AlMgSi1, AlMgSi0.5, AlMg1 und AlMn1 f\u00fcr den Reaktor wegen der geringen Festigkeit bei hohen Temperaturen, so dass auf geeignete Stahlwerkstoffe ausgewichen werden musste. Trotz einer intensiven Marktrecherche konnten die ausgew\u00e4hlten hochwarmfesten Edelst\u00e4hle wie z.B. 1.4512, der auf Grund des Gef\u00fcges nicht f\u00fcr Druckbeh\u00e4lter zul\u00e4ssig ist, aus technischen Gr\u00fcnden oder wie 1.4021, 1.4120 und 1.4404, die nicht als Bleche zu erhalten waren, f\u00fcr dieses Projekt nicht zur Verf\u00fcgung gestellt werden, so dass auf die handels\u00fcblichen Qualit\u00e4ten 1.4301, 1.4541 und 1.4571 mit deutlich geringerer Festigkeit zur\u00fcckgegriffen werden musste.
\nDie Zeitstandfestigkeit und Langzeitstabilit\u00e4t der Arbeitsstoffe wurde in einem Modellreaktor mit den verf\u00fcgbaren Edelst\u00e4hle wie auch den o.g. Aluminiumlegierungen gepr\u00fcft. Nach mehr als 1000 Absorptions-\/Desorptionszyklen bei Heiztemperaturen zwischen 200 und 225\u00b0C konnten weder Funktionsbeeintr\u00e4chtigungen noch Korrosionserscheinungen beobachtet werden. H\u00f6here Temperaturen, wie sie bei der direkten Beheizung durch Abgas im Reaktor auftreten k\u00f6nnen, waren mit diesem Versuchsaufbau nicht zu realisieren.
\nAls m\u00f6gliche Reaktorbauformen wurden nach Voruntersuchungen ein Rohrb\u00fcndel- oder ein geschraubter Plattenw\u00e4rme\u00fcbertrager favorisiert. Die Vorteile des Plattenreaktors sind in dem geringen abgasseitigen Druckverlust und der weniger aufwendigen Fertigung zu sehen. Nachteilig ist das hohe Gewicht, das durch die Verwendung der verf\u00fcgbaren Werkstoffe geringer Festigkeit zus\u00e4tzlich erh\u00f6ht wird. Die daraus resultierenden toten Massen m\u00fcssen bei jedem Absorptions-\/Desorptionszyklus erw\u00e4rmt und wieder abgek\u00fchlt werden. Gegen\u00fcber dem Plattenreaktor weist der Rohrb\u00fcndelreaktor eine h\u00f6here K\u00e4lteleistung auf, besitzt aber den Nachteil der aufwendigeren Fertigung und des problematischen Eintrags des Absorbens.
\nZur Auslegung und zur energetischen Bewertung des Reaktors wurde ein Berechnungsprogramm erstellt. Wegen der geringen Abgasw\u00e4rme war ein zyklisches Umschalten von mindestens zwei Reaktoren zwingend notwendig. Umfangreiche Variationen der geometrischen Parameter wurden durchgef\u00fchrt, bei denen selbst bei optimaler Nutzung der Abgasw\u00e4rme K\u00e4lteleistungen von nicht mehr als 2,5 kW f\u00fcr den Rohrb\u00fcndel- und 2 kW f\u00fcr den Plattenreaktor ermittelt wurden. Simulationen mit vier zyklisch umschaltbaren Rohrb\u00fcndelreaktoren ergaben eine Leistungssteigerung auf 3,5 bis maximal 4 kW. Die Str\u00f6mungsverluste der aufwendigen Abgas- und Luftf\u00fchrung wurden dabei nicht ber\u00fccksichtigt. Mit dem apparativen Aufwand nehmen auch das Bauvolumen und Anlagengewicht zu, wodurch der Vorteil des einfachen Aufbaus und der Robustheit der Anlage verloren gehen. Auch unter dem Aspekt, dass durch die Entwicklung moderner Verbrennungsmotoren mit h\u00f6heren Wirkungsgraden die Abgasenergie weiter ab-nehmen wird, wurde auf eine praktische Umsetzung verzichtet.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten wurden im November 2000 auf der Deutschen K\u00e4lte-Klima-Tagung in Bremen vom ITW ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die durchgef\u00fchrten Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass der nutzbare W\u00e4rmestrom des Abgases eines LKWs bei der \u00dcberlandfahrt mit nur 20 kW deutlich geringer ist als urspr\u00fcnglich angenommen. Daraus lassen sich mit Hilfe einer Absorptionsk\u00e4lteanlage die gesetzlichen Mindestanforderungen an einen Fernverkehrslastzug mit 5 bis 8 kW K\u00e4lteleistung selbst theoretisch nicht realisieren. Bei Stadt- und Kurzstreckenfahrten im Verteilerverkehr ist die zu erzielende K\u00e4lteleistung aufgrund der geringeren Abgasenergie noch niedriger. Nach den hier gewonnenen Erkenntnissen ist der Einsatz trockener Absorptionsanlagen nur sinnvoll, wenn Abw\u00e4rme in ausreichender Menge auf nahezu gleichbleibendem Niveau zur Verf\u00fcgung steht. Dies ist zum Beispiel derzeit bei Schiffen und zum Teil auch im Eisenbahnbetrieb der Fall. Bei zuk\u00fcnftigen, neuartigen Antriebskonzepten wie z. B. der Brennstoffzelle, bei der abh\u00e4ngig vom Zellentyp neben der elektrischen Energie auch Abw\u00e4rme entsprechender Temperatur erzeugt wird, k\u00f6nnte die trockene Absorptionsk\u00e4lteanlage auch im Kraftfahrzeugbereich unter energetischen und Umweltaspekten vorteilhaft zum Einsatz kommen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Einsparung von Prim\u00e4renergie bei der Transportk\u00fchlung durch die Ausnutzung der verf\u00fcgbaren Abgasenergie des Zugfahrzeuges. Dazu soll die Realisierbarkeit einer diskontinuierlich arbeitenden Absorptionsk\u00e4lteanlage anstelle der bislang \u00fcblichen Kompressionsk\u00e4lteanlagen untersucht werden. In Anbetracht der steigenden Nachfrage gek\u00fchlter sowie insbesondere tiefgek\u00fchlter Produkte und der damit verbundenen Zunahme […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[47,65,51,52,53],"class_list":["post-19824","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-klimaschutz","tag-nordrhein-westfalen","tag-ressourcenschonung","tag-umweltforschung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"09010\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"A-09010.pdf","dbu_projektdatenbank_bsumme":"285.194,52","dbu_projektdatenbank_firma":"FRIGOBLOCK Grosskopf GmbH","dbu_projektdatenbank_strasse":"Postfach 11 02 39","dbu_projektdatenbank_plz_str":"45332","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Essen","dbu_projektdatenbank_p_von":"1996-09-16 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2001-12-03 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"5 Jahre und 3 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"0201\/613010","dbu_projektdatenbank_inet":"","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Nordrhein-Westfalen","dbu_projektdatenbank_foerderber":"7","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/19824","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/19824\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":32827,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/19824\/revisions\/32827"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=19824"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=19824"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=19824"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}