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"KÄLTE EINFACH TANKEN" -TRANSPORTKÄLTE
FAHRZEUG-KÜHLUNG /-TIEFKÜHLUNG OHNE HFKW, OHNE CO2 -EMISSION
1. Technisches Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht:
Kältetechnik, Transportkühlung, temperaturgeführte Logistik
2. der bisherige Stand der Technik, soweit er für das Verständnis der Erfindung als nützlich anzusehen ist:
Kälteaggregate mit direktverdampfendem Kältemittel, oder Kühlung mittels eutektischen
Platten.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG
Ziel des Projektes ist, Fahrzeuge, welche vorgekühlte Lebensmittel kurzzeitig transportieren, mit einem Slurry-Ice-Kühltransportsystem auszurüsten. Dieses System ist ein Prototyp und erhält gegenüber späteren zu erstellenden Anlagen ein komplettes Kältesystem mit den notwendigen Überwachungs- und Regeleinrichtungen.
Das Slurry-Ice-Fluid besteht aus einer Temperatur-erniedrigenden Flüssigkeit (Alkohol (Frost- schutz) 49 Vol. %, Anticorrosivum 1% und Wasser 50%). Die Eisanteile werden in einem Slurry- Ice-Agitator gebildet. Die Flüssigkeit wird mit einer speziellen Verdrängerpumpe aus dem Speicher angesaugt und durch den Agitator gepumpt. Die mitgeführten Eiskristalle (gespeicherte Kältearbeit) werden dann in den Slurry-Ice-Speicher eingelagert. Auf dem Speicher ist ein Misch- und Eiskon- zentrator installiert. Vom Eiskonzentrationsmesser wird das in den Fahrzeugwärmeaustauscher einzufüllende Slurry-Ice-Gemisch entsprechend den Vorgaben mit einem Rührwerk aufbereitet.
BELADESTATION
Die zentrale Kältearbeit-Aufbereitungsanlage besteht aus:
Verdichter zweistufig und luftgekühlt, mit einem Magnetventil, einer kompletten Zwischenstufenregelung, eine mit angelegtem Heizelement, Ölschauglas und Ölfilter, die Hoch- und Niederdruckwächter sowie die Hoch- und Niederdrucksensoren sowie einem Druckrohrtemperaturbegrenzer, der und Nieder- druck-Sicherheitsbegrenzer, einen Öldruckdifferenzpressostat, Hoch- notwendigen Füllung mit Kältemittel R507 und Verdichteröl.
Der Verdichter wird mit einer Sanftanlaufeinrichtung gestartet.
Verflüssiger luftgekühlt, mit einem Axialventilator, welcher vom Kältemitteldruck drehzahlgeregelt wird.
Eiserzeuger als Doppelrohrverdampfer mit einem inneren Abwischsystem und einem angeflanschten Ge- triebe mit Antriebsmotor. Slurry-Ice im Innenbehälter und Kältemittel im Spalt zwischen den Dop- pelrohrleitungen ausgebildet für Naturfallüberflutung.
Kältemittel-Niederdruckabscheider mit angebautem Hochdruckschwimmer, Überfüllungssicherheitswächter, einem Ölrückfüh- rungssystem mit Magnetventil, Ölhubpumpe und Kältemittelausdampfer mit einer elektr. Heizung.
Die komplette kältetechnische Verrohrung mit allen Bögen, Muffen und Formteilen, die notwendi- gen Asperrungen und Anzeigegeräte. Weiters alle Slurry-Ice-seitigen Verbindungsrohrleitungen und Komponenten.
Alle kalten Anlagenteile erhalten eine 50 mm starke Isolierung mit aussenliegender Dampfsper- re.
Pumpen für das Slurry-Ice-Fluid mit Zubehör
Je eine Verdrängerpumpe für den Eiserzeuger-Misch- und Beladekreislauf sowie eine Dosier- pumpe, welche den Misch- und Eiskonzentrator mit eisfreiem Fluid aus dem Zwischenspeicher, entsprechend den Vorgaben des Eiskonzentrators, versorgt.
Im Konzentrationsmischer ist ein Rührwerk mit einer zweistufigen Flügelmischeinrichtung
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eingebaut. Zwischen dem Eiskonzentrator Vor- und Rücklauf ist in Strömungsrichtung zuerst der Konzentrationsmesser zum Bestimmen der im Fluid befindlichen Eisanteile installiert. Danach ist die Pumpe und anschliessend das Dreiwege-Verteilventil eingebaut. Dieses wird von Hand nach dem Ankoppeln eines Kühlfahrzeuges über ein Tastersystem betätigt.
Das im Wärmetauscher befindliche, relativ warme Slurry-Ice-Fluid wird dann aus dem Austau- scher herausgepumpt. Nachdem am Aus- und Eintritt des im Fahrzeug eingebauten Wärmeaus- tauschers die gleiche tiefe Temperatur gemessen wird, wird der Befüllvorgang durch das Umschal- ten des Dreiwegeventils beendet und zusätzlich optisch und akustisch angezeigt.
Slurry-Ice-Ladestation
Flexible Befüllschläuche mit den Schnellkupplungen und Kugelabsperrventilen; Befüllschlauch- Sicherheitseinrichtungen gegen zu hohen Innendruck, bedingt durch ein Ausdehnen der einge- schlossenen Flüssigkeit in den Verbindungsschläuchen (bestehend aus zwei eingangsdruckge- steuerten Druckventilen und zwei Rückschlagklappen).
Ein Ausdehnungsgefäss für das komplette geschlossene Füllvolumen der Slurry-Ice-Anlage.
Geeignet für ein Ausdehnungsvolumen von ca. 100 Liter, einschliesslich der erforderlichen Sicher- heitsgruppe.
Aus Sicherheitsgründen ist an der Beladestation ein Wasseranschluss mit einer Spritzdüse vor- zuhalten. Diese Einrichtung ist erforderlich, falls Slurry-Ice-Flüssigkeit austreten sollte. Mit dieser wird die eventuell austretende Flüssigkeit so verdünnt, dass keine Brandgefahr besteht. Die Flüs- sigkeit besteht aus Ethanol 49% Vol.% - Antikorrosivum 1 % und 50% Wasser. Eine Umweltbelas- tung besteht durch das Ethanol-Wassergemisch, welche der Gefährdungsklasse n1" zugeordnet ist, nicht.
Steuer- und Regelung besteht aus einer SPS 7 Steuer- und Regelanlage, welche die technischen Daten fortlaufend speichert und über ein Modem automatisch zum Betreiber übermittelt. Gleichzeitig erhalten alle Testfahrzeuge eine Datenerfassungsanlage. Über diese werden alle relevanten Daten erfasst und bei Beladen der Kühlfahrzeugwärmeaustauscher mit Slurry-Ice an die zentrale SPS übertragen. Mit den anderen Daten werden diese dann weitergeleitet.
Die SPS 7 ist für das gesamte Betriebssystem der Slurry-Ice-Herstellung und Verteilung, ein- schliesslich aller elektrischen Schalt- und Regelvorgänge der Be- und Entladestation sowie den Datenerfassungsanlagen in den Kühlfahrzeugen zuständig.
Mit der Slurry-Ice-Konzentrations-Messeinrichtung wird das erforderliche Fluid aufbereitet. Mit einem Thermostat wird die Kälteanlage von der Speichertemperatur ein- und ausgeschaltet. Die Pumpen für den Eiserzeuger-Misch- und Beladekreislauf sind immer in Betrieb. Der Beladevorgang zu den Kühlfahrzeugen wird von Hand eingeleitet. Dieser wird bei einer Temperaturgleichheit zwischen Vor- und Rücklauf zu den Kühlfahrzeugwärmetauschern über einen Temperatursensor, welcher im Vorlauf zum Zwischenbehälter installiert ist, beendet.
Alle vorbeschriebenen Einrichtungen sind auf einem gemeinsamen Grundrahmen aufgebaut.
Selbstverständlich kann die Regelung der Anlage auch mit einem anderem Regelungsherstel- ler ausgeführt werden.
Slurry-Ice-Speicher
Der Speicher besteht aus einem Edelstahlbehälter mit einem Inhalt von 1,7 m3. Der Speicher ist auf drei wärmeleitseitigen entkoppelten Standfüsse aufgebaut. An alle Rohrstutzen ist ein Kugel- absperrventil angebaut. Zum Bewegen der Eiskristalle ist im Speicher eine Flüssigkeitsmisch- strahldüse eingesetzt. Mit dieser Einrichtung wird stündlich ein ca. vierfaches Durchmischen des Speicherinhaltes erreicht. Gleichzeitig wird dadurch ein Verklumpen und Verdicken der eingelager- ten Eiskristalle verhindert.
Auf dem Speicher ist ein Mischbehälter mit einem doppelflügeligen Mischer und einem Inhalt von ca. 250 Liter aufgebaut. In diesem wird entsprechend den Vorgaben vom Binäreiskonzentrati- onsmesser das Mischungsverhältnis der eingelagerten Eisanteile, für die in den Kühlfahrzeugen eingebauten Wärmetauscher, hergestellt. Im unteren Bereich ist ein Feinfilter vorgesehen. Mit diesem wird ein relativ eisfreies Ansaugen des Slurry-Ice-Fluids sichergestellt.
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Am Slurry-Ice-Speicher ist ein Sammelbehälter mit einem Inhalt von ca. 250 Litern angebaut.
Hierin wird zuerst das relativ warme Slurry-Ice-Fluid aus den angekoppelten Wärmeaustauschern der Kühlfahrzeuge zwischengelagert. Über eine Beimisch-Dosierpumpe kann das Fluid zum Anrei- chern eines eventuell zu dicken Slurry-Ice-Fluids zum Befüllen der Kühlfahrzeug-Wärme- austauscher genutzt werden. Im anderen Fall strömt das verhältnismässig warme Fluid beim Neu- befüllen eines Kühlfahrzeug-Wärmeaustauschers in den unteren Bereich des Speichers und wird zum grössten Teil direkt von der Pumpe des Slurry-Ice-Kreislaufes zum Eiserzeuger angesaugt.
KÜHLFAHRZEUGE
In den Kühlfahrzeugen werden Slurry-Ice-Wärmeaustauscher anstelle der herkömmlichen käl- tetechnischen Einrichtungen mit einer im Fahrzeug eingebauten Verdichtereinheit und eutektischen Kühlplatten oder Kühlplatten mit einem Verdampfer, welcher vor der Auslieferung mit einem zentra- len Kühlsystem verbunden ist, eingebaut.
Der Slurry-Ice-Kühlfahrzeug-Wärmeaustauscher besteht aus einer speziell angefertigten Plat- tenkonstruktion aus Aluminium mit durchlaufenden Stegen, Umlenkungen und Anschlussnippel; eine Flüssigkeitspumpe, Anschlusskupplungen und ein Ausdehnungsgefäss mit Sicherheitsgruppe.
Das Kühlfahrzeug wird mit flexiblen Rohrleitungen an der zentralen Ladestation angeschlos- sen. Durch Schalten eines Dreiwegeverteilventils wird das erwärmte Fluid aus dem Austauscher herausgeschoben und im Sammelbehälter eingelagert. Aus dem aufgebauten Mischbehälter des Slurry-Ice-Speichers wird das Slurry-Ice-Fluid (gespeicherte Kältearbeit) über die Slurry-Ice- Ladestation in den unter der Decke des Kühlfahrzeuges montierten Wärmeaustauscher eingefüllt.
In diesem Slurry-Ice-Fluid sind ca.30% Eisanteile eingelagert (Latentenergie).
Während der Auslieferungszeit wird in verschiedenen Zeitabständen eine Umwälzpumpe ge- schaltet, damit die eventuell aufgeschwommenen Eisanteile sich auflösen.
FUNKTIONSBESCHREIBUNG > Die Kurbelgehäuseheizung und Ölabscheiderbegleitheizung sind immer im Stillstand der
Verdichtereinheit eingeschaltet. Im Betrieb des Verdichters sind diese dann ausgeschaltet.
> Die Kälteanlage wird von Thermostaten eingeschaltet.
> Zuerst werden die Pumpen Eiserzeugerkreislauf und auf Konzentrationskreislauf einge- schaltet (Drehzahl beide auf 100%, Laufzeit 60 Sekunden) > Rührwerksantrieb, Mischer-Eiskonzentrator eingeschaltet (Laufzeit 30 Sekunden) > Danach wird der Getriebemotor vom Agitator eingeschaltet (Laufzeit 60 Sekunden) # Wenn alle Antriebe in Betrieb sind, wird nach 150 Sekunden der Verdichter mit einem
Sanftanlauf und parallel das Magnetventil am Verdichter gestartet. Der Verdampfungsdruck wird mechanisch mit einem Verdampfungskonstantregler auf -25 C konstant gehalten.
# Hochdruck- und Niederdrucksensor : diesen wird der Hoch- und Niederdruck des Ver- dichters überwacht, angezeigt und ist über das Modem abrufbar. Parallel wird der Fre- quenzumformer des Verflüssiger-Lüfterantriebes beim Erreichen eines Überdrucks von +30 C gestartet. Bei +32 C hat er seine volle Drehzahl erreicht (50 Hz) # Das Hochdruck-Magnetventil des Ölrückführungssystems ist einstellbar. Taktzeit 0 bis
1200 Sekunden.
> Der Sicherheitsbegrenzer ist auf +45 C eingestellt und schaltet den Verdichter aus. Alle
Antriebe werden in umgekehrter Reihenfolge zurückgefahren bis die Anlage komplett aus- geschaltet ist. Das Entriegeln muss von einem Fachmann vorgenommen werden.
> Der Hochdruckwächter schaltet bei +42 C Verflüssigungstemperatur den Verdichter aus.
Alle weiteren Antriebe bleiben in Betrieb. Fällt die Verflüssigungstemperatur unter +38 C wird der Verdichter wieder eingeschaltet. Mit einer Schaltverzögerung von 20 Minu- ten wird ein Pendeln des Verdichters vehindert.
> Der Niederdruckwächter schaltet beim Unterschreiten von -15 C den Verdichter aus. Beim Überschreiten der Verdampfungstemperatur von -12 C wird der Verdichter wieder automa- tisch eingeschaltet. Um ein Pendeln des Verdichters zu vermeiden, kann sich dieser erst nach frühestens 20 Minuten wieder einschalten.
> Der Niederdrucksicherheitsbegrenzer schaltet nach dem Unterschreiten einer Sauggas- temperatur von -18 C den Verdichter aus und muss von Hand entriegelt werden.
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# Die Kältemittel-Ölaustreiberheizung ist immer während der Betriebszeit der Verdichterein- heit in Betrieb.
# Ein Überhitzen wird mit einem Anlegethermostat verhindert (Einstellung: Aus +85 C, Ein +75 C) > Die Heissgasdruckrohrtemperatur wird von einem Anlagethermostat überwacht. Bei Ein- schalttemperatur +120 C, Ausschalttemperatur +135 C schaltet der Verdichter ab. Danach muss dieser von Hand geschaltet werden.
Beim Abschalten der Eiserzeugung werden die Antriebe wie folgt geschaltet > Zuerst wird der Verdichter abgeschaltet und die Kurbelgehäuseheizung eingeschaltet.
> Das Magnetventil von der Ölrückführung wird unterbrochen und nicht mehr aktiviert.
# Die Heizung am Ölausdampfer ist ausgeschaltet.
> Die Begleitheizung am Ölabscheider bleibt eingeschaltet.
> Die Pumpe vom Eiserzeuger-Kreislauf (Agitator) bleibt in Betrieb.
> Der Getriebemotor am Agitator wird nach ca. 300 Sekunden abgeschaltet.
> Rührwerksantrieb "Mischer-Eiskonzentrator" bleibt eingeschaltet > Nach dem Erreichen der einzulagernden Eisanteile im Slurry-Ice-Gemisch werden die An- triebe auf der kleinstmöglichen Drehzahl gehalten (Das Fluid muss immer in Bewegung bleiben. )
Betriebsweise der Be- und Entladestation
Die Be- und Entladezeiten für die Übernahme des aufbereiteten Slurry-Ice-Gemisches an der Beladestation wird zeitlich erfasst. Die Zeiten werden mit dem Betätigen des "Ein-Nottasters" aufgezeichnet. Das auszutauschende Slurry-Ice wird kontinuierlich überwacht und zwar am Ein- gang vom Eiskonzentrationsmesser und von einem Thermostat im Vorlauf zum Zwischenbehälter.
Mess- und Überwachungseinrichtung in den Kühlfahrzeugen
In jedem Kühlfahrzeug ist ein Datenaufnehmer installiert. Während der Fahrzeit werden folgen- de Daten registriert: @ Bis zu 6 Stk. fest installierte Messfühler zum Registrieren der Raumtemperatur @ an jeder Tür ist ein Frequenzzähler installiert. Dieser registriert die Anzahl der Öffnungen und die Zeit der offen stehenden Entnahmetür (Die Anzahl der Registrierstellen im Kühl- raum und an den Türen ist fahrzeugspezifisch) @ Aussentemperaturfühler @ Aussenfeuchtefühler @ Die Umwälzpumpe wird zeitabhängig geschaltet. Die Einschaltfrequenz ist einstellbar und kann von Hand auf Dauerlauf geschaltet werden.
Einschaltzeit 0 bis 60 Minuten, Laufzeit 0 bis 30 Minuten
Die kühltechnischen Einbauten bestehen aus : einem speziell hergestellten Wärmeaustauscher aus Aluminium, selbst schliessende Kupplungen mit nachgeschalteten Kugelabsperrventilen, einem Ausdehnungsgefäss 6 Liter, Manometer und Sicherheitsventil ; den Rohrverbindungen einschliesslich aller notwendigen Unterkonstruktionen.
ANSPRÜCHE :
1. Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass ein Kälteträgerme- dium in einen Behälter (Speicher) des Transportfahrzeuges gepumpt wird, welcher den In- nenraum des Transportfahrzeuges abkühlt.