DE102006016558A1

DE102006016558A1 - Verfahren zum Überwachen der Gasdichtheit eines Kühlsystems eines Kühlfahrzeuges und zum Betreiben desselben sowie Kühlsystem für ein Kühlfahrzeug und Kühlfahrzeug

Info

Publication number: DE102006016558A1
Application number: DE102006016558A
Authority: DE
Inventors: Franz Lürken; Reinhard Kost; Helmut Henrich
Original assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-10-11
Also published as: EP2008046A2; US20100251751A1; WO2007116380A3; CN101460794A; JP2009533639A; WO2007116380A2; CA2648295A1; AU2007237048A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Gasdichtheit eines Kühlsystems (45) eines Kühlfahrzeuges (2), umfassend die folgenden Schritte: Erfassen eines zeitlichen Temperaturverlaufes an mindestens einer ersten Stelle (46) des Kühlsystems (45) und Bestimmen einer Änderung der Temperatur an der ersten Stelle (46) innerhalb eines ersten Zeitintervalls und Vergleichen der Änderung mit einem ersten Referenzwert und Auslösen eines ersten Warnsignals, falls die Änderung den ersten Referenzwert überschreitet; und/oder Beaufschlagen eines Leitungsabschnittes (57) des Kühlsystems (45) mit einem Überdruck und Absperren dieses Leitungsabschnittes (57) und Erfassen eines Druckverlaufes an mindestens einer ersten Stelle (47) in dem Leitungsabschnitt (57) und Bestimmen einer Änderung des Drucks an der zweiten Stelle (47) innerhalb eines zweiten Zeitintervalls und Vergleichen der Änderung mit einem zweiten Referenzwert und Auslösen eines zweiten Warnsignals, falls die Änderung den zweiten Referenzwert überschreitet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems, ein Kühlsystem sowie ein Kühlfahrzeug, wobei von den erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch gemacht wird. Die Erfindung zeichnet sich durch eine hohe Betriebssicherheit, Betriebszuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Gasdichtheit eines Kühlsystems eines Kühlfahrzeuges sowie ein Kühlsystem für ein Kühlfahrzeug und ein Kühlfahrzeug.
Seit ca. 30 Jahren wird Stickstoff zur Fahrzeugkühlung mit Mehrkammersystemen eingesetzt. Ein derartiges Verfahren ist unter dem Namen CryogenTrans (CT) bekannt. Beim CT-Verfahren wird Stickstoff in flüssiger, tiefkalter Form in einem vakuumisolierten Behälter am oder im Fahrzeug mitgeführt. Dieser wird bei Kältebedarf über eine Rohrleitung entnommen und durch den Eigendruck des Mediums direkt in den zu kühlenden Raum eingesprüht. Das Verfahren ist besonders einfach und störungsunempfindlich. Ferner ist die Kälteleistung unabhängig von der Umgebungstemperatur immer gleich hoch. Sie ist prinzipiell nur durch den Durchlass der Einsprühdüsen begrenzt. Daher zeigen CT gekühlte LKW, die im Verteilerverkehr von Lebensmittel eingesetzt werden und naturgemäß zahlreiche Türöffnungen während des Kühlbetriebs haben, erhebliche Vorteile bei der Qualität der Kühlung. Insbesondere im Hochsommer, wenn mechanische Kälteanlagen mit Leistungsabfällen an den Kondensatoren und mit Vereisungen an den Verdampfern zu kämpfen haben, zeigt das CT-Verfahren seine Vorteile hinsichtlich Effizienz, Zuverlässigkeit und Leistung. Nach einer Türöffnung ist in Sekundenschnelle die Solltemperatur wieder erreicht.
Das Verfahren hat aber auch Nachteile. Der Stickstoffverbrauch ist relativ hoch, weil das in eine Kammer eingesprühte Gas zumindest teilweise auch als Abgas wieder entweicht. Wird beispielsweise eine Tiefkühlkostkammer gekühlt, so liegt die Abgastemperatur bei ca. –30 bis –40°C. Nachteilig ist es auch, dass ein Lade raum vor einem Betreten aus Sicherheitsgründen vollständig belüftet werden muss. Hier fällt unnötig viel Warmluft in den Laderaum. Das erneute Herunterkühlen geschieht zwar sehr schnell, kostet aber mehr Energie und bereitet damit mehr Kosten als notwendig. Der sonst übliche Einbau von Kälterückhaltesystemen, wie z.B. von einem Vorhang, scheidet bei CT-gekühlten Fahrzeugen aus, da sie die Belüftung in gefährlicher Weise behindern würden.
EP 0 826 937 beschreibt eine Kühleinheit für einen zu kühlenden Raum.
EP 1 593 918 betrifft eine indirekte Kühlung für Kühlfahrzeuge, wobei ein Wärmetauscher zum Verdampfen von kälteverflüssigtem Gas in einer Kühlkammer angeordnet ist.
Verflüssigter tiefkalter Stickstoff hat bei Normaldruck eine Temperatur von 77°K. Die dabei gespeicherte Kälte liegt in zwei Anteilen vor: Zum Einen in einem Teil, der während der Phasenumwandlung von flüssig in gasförmig bei der Temperatur von 77°K frei wird, und zum Anderen in einem Teil, der bei der Erwärmung der Gasphase von 77°K bis zur Abgastemperatur Wärme aufnimmt. Die beiden Teile, Verdampfungsenthalpie und spezifische Wärme, sind in der Regel annährend gleich groß.
Die Verwendung eines in einem Tank in flüssiger Form gespeicherten und anschließend verdampften Gases zur Kälteerzeugung ist in sicherheitstechnischer Hinsicht nicht unproblematisch, wenn das Gas den Sauerstoff in abgeschlossenen Kühlräumen verdrängen kann. Eine Sauerstoffarmut ist insbesondere dann problematisch, wenn der Kühlraum von einer Person zu betreten ist.
Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems ist, die Kühlräume indirekt zu kühlen, d. h. die Kälte in den Kühlraum nicht durch direktes Einleiten des verflüssigten Ga ses in den Kühlraum einzubringen, sondern das verflüssigte Gas in einem Verdampfer zu verdampfen und die dabei erzeugte Kälte mit Hilfe eines Wärmetauschers an den Kühlraum abzugeben und das verdampfte Gas über eine Abgasleitung in die freie Atmosphäre abzuleiten. Bei Kühlsystemen mit einer indirekten Kühlung, können die Kühlräume auch bei einer Funktionsuntüchtigkeit des Kühlsystems in der Regel betreten werden. Ein gewisses Sicherheitsrisiko besteht nach wie vor bei einer Leckage des Kühlsystems, wenn das verflüssigte bzw. verdampfte Gas in das Innere eines Kühlraumes gelangt. Neben Nachteilen einer unwirtschaftlichen Betriebsweise, die bei einer Leckage bestehen, wird die Betriebssicherheit durch derartige Leckagen erheblich gemindert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Überwachen der Gasdichtheit eines Kühlsystems eines Kühlfahrzeuges, ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems eines Kühlfahrzeuges, ein Kühlsystem für ein Kühlfahrzeug sowie ein Kühlfahrzeug anzugeben, womit die Zuverlässigkeit, Effizienz und insbesondere die Betriebssicherheit beim Kühlen gesteigert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie vorteilhafte Aspekte, welche jeweils einzeln oder in geeigneter Weise beliebig miteinander kombiniert werden können, sind in der folgenden Beschreibung sowie in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße erste Verfahren zum Überwachen der Gasdichtheit eines Kühlsystems eines Kühlfahrzeuges umfasst die folgenden Schritte: Erfassen eines zeitlichen Temperaturverlaufes an mindestens einer ersten Stelle dicht am Kühlsystem und Bestimmen einer Änderung der Temperatur an der ersten Stelle innerhalb eines ersten Zeitintervalls; Vergleichen der Änderung mit einem ersten Refe renzwertes und Auslösen eines ersten Warnsignals, falls die Änderung den ersten Referenzwert überschreitet.
Alternativ oder in Kombination mit diesem ersten Verfahren ist ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren angegeben.
Das erfindungsgemäße weitere Verfahren zum Überwachen der Gasdichtheit eines Kühlsystems eines Kühlfahrzeuges umfasst die folgenden Schritte: Beaufschlagen eines Leitungsabschnittes des Kühlsystems mit einem Überdruck; Absperren dieses Leitungsabschnittes; Erfassen eines zeitlichen Druckverlaufs an mindestens einer zweiten Stelle in dem Leitungsabschnitt und Bestimmen einer Änderung des Drucks an der zweiten Stelle innerhalb eines zweiten Zeitintervalls; Vergleichen der Änderung mit einem zweiten Referenzwert und Auslösen eines zweiten Warnsignals, falls die Änderung den zweiten Referenzwert überschreitet.
Während das zuerst genannte Verfahren den zeitlichen Temperaturverlauf zur Grundlage für das Überwachen der Gasdichtigkeit des Kühlsystems macht, basiert das letztere Verfahren auf einer Analyse des zeitlichen Druckverlaufes eines Überdrucks in einem abgeschlossenem Leitungsabschnitt.
Der Temperaturverlauf bzw. der Druckverlauf an der jeweiligen Stelle wird zeitaufgelöst erfasst, wobei die Zeitauflösung vorteilhafterweise besser als zwei Minuten, insbesondere besser als 1 Minute, ist. Zeitauflösung von X Sekunden bedeutet, dass zwei gleich große, die Amplitude Y aufweisende, um X Sekunden zeitlich versetzte beispielsweise Gauß-, Trapez- oder Rechteckförmige Druckpulse durch ein zwischen den beiden Druckpulsen befindliches Minimum mit einer Tiefe von 50 % der Amplitude Y der Druckpulse voneinander getrenntwerden können.
Aus den jeweiligen zeitlichen Verläufen wird eine Änderung der Temperatur bzw. des Drucks bestimmt. Die Änderung der Temperatur bzw. die Änderung des Druckes an den jeweiligen Stellen werden auf das jeweilige Zeitintervall bezogen. Die Änderung der Temperatur bzw. die Änderung des Druckes wird als zeitlich gemittelt verstanden bzw. entspricht einer durchschnittlichen Änderung. Hierbei ist insbesondere die zeitliche Mittelung durch die Länge des jeweiligen Zeitintervalls gegeben. Beispielsweise kann die Änderung bestimmt werden, indem ein Temperatur- bzw. Druckwert zu einem Zeitpunkt T2 erfasst wird, und von diesem der Temperatur- bzw. Druckwert zu einem früheren Zeitpunkt T2 abgezogen wird, wobei die Differenz der Zeitpunkte T2–T1 der Länge des jeweiligen Zeitintervalls entspricht. Auch kann die Änderung der Temperatur bzw. des Druckes durch mathematische Faltung bzw. mathematische Korrelation des Temperatur- bzw. Druckverlaufs mit einer mathematischen Testfunktion, wie z. B. eine gausförmige Mittelungsfunktion bestimmt werden. Die Änderung der Temperatur bzw. des Druckes kann als zeitliche Ableitung des Temperaturverlaufs oder eine hierzu proportionale Größe verstanden werden. Der Zweck der Bestimmung einer gemittelten bzw. durchschnittlichen Änderung der jeweiligen Größen innerhalb eines Zeitintervalls dient dazu, kurzfristige, willkürliche bzw. statistische Schwankungen in der Temperatur bzw. in dem Druck zeitlich auszumitteln, damit diese Schwankungen, welche die Betriebssicherheit des Kühlsystems nicht nachteilig beeinflussen, kein Warnsignal auslösen. Mit Hilfe der so definierten Änderung werden insbesondere die zeitlichen Schwankungen im Temperaturverlauf bzw. im Druckverlauf quantitativ erfasst, so dass diese zur Bewertung der Gasdichtheit des Kühlsystems herangezogen werden können.
Bei einer übermäßigen Änderung der Temperatur bzw. des Druckes wird das entsprechende Warnsignal ausgelöst. Hierfür ist dem Kühlsystem insbesondere mindestens ein erster bzw. zweiter Referenzwert hinterlegt, durch den festgelegt wird, ob die Änderung der Temperatur bzw. des Druckes innerhalb oder außerhalb ei nem dem Normalbetrieb des Kühlsystems liegenden Schwankungsbereich liegt. Liegt der Wert der Änderung der Temperatur bzw. des Druckes außerhalb eines vorgegebenen akzeptablen Schwankungsbereiches, wird das Warnsignal ausgegeben.
Sollte der Test auf Gasdichtheit ergeben, dass der Druck stabil ist, so kann in vorteilhafter Weise ein weiterer Test erfolgen, da ein stabiler Druck auf einem Doppelfehler beruhen kann, der sich zufällig aufhebt: Einerseits kann eine kleine Leckage im Wärmetauscher aufgetreten sein und andererseits kann das Ventil, welches den abgesperrten Innenraum vom Tank trennt, eine im wesentlichen gleich große Leckage aufweisen. In einem solchen Fall wäre der Temperaturmesswert nicht empfindlich genug, um die Leckage zu detektieren und die Druckmessung ist durch das dynamische Gleichgewicht von Zu- und Abstrom getäuscht. Vor dem Hintergrund dieser möglichen Gefahrenquelle kann in vorteilhafter Weise die Funktion des Ventils, durch das das Gas zugegeben wird, wie folgt getestet werden: In einem Schritt a wird das Ventil geschlossen und ein Abgasventil, über das das Abgas in die Umgebung abgegeben wird geöffnet. In dieser Situation muss der Druck im System auf den Atmosphärendruck fallen. Wird das Abgasventil in einem nachfolgenden Schritt b geschlossen, so muss der Druck während der Testzeit konstant beim Atmosphärendruck bleiben. Erst im abschließenden Schritt c wird das Ventil geöffnet und der Druck des Tanks wird in dem zuvor abgesperrten Bereich gemessen. Nach diesen Schritten kann die Funktion aller Ventile sicher bewertet werden und damit auch die Konstanz der Druckmessung als Beweis für die Gasdichtheit des Systems gewertet werden. Sollte eine Fehlfunktion festgestellt werden, kann ebenfalls ein Warnsignal ausgelöst werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Gasdichtheit eines Kühlsystems 45 nach einem Verfahren zu überwachen, welches die folgenden aufeinander folgenden Schritte umfasst:

a) Schließen eines Ventils zwischen einem Tank und mindestens einem der folgenden Elemente: einem Wärmetauscher und einem Verdampfer bei zumindest zeitweise gleichzeitigem Öffnen eines weiteren Ventils, über welches eine strömungstechnische Verbindung zu einer Abgasleitung herstellbar ist und Messen des Druckes zwischen dem Ventil und dem weiteren Ventil;
b) Schließen des weiteren Ventils und Messen des Druckes zwischen dem Ventil und dem weiteren Ventil; und
c) Öffnen des Ventils und Messen des Drucks zwischen dem Ventil und dem weiteren Ventil.

Bei einem intakten Ventil und intaktem weiteren Ventil sollte – eine im wesentlichen konstante Temperatur vorausgesetzt – in Schritt a) der gemessene Druck dem Umgebungsdruck außerhalb des Kühlsystems, üblicherweise dem Atmosphärendruck entsprechen. In Schritt b) sollte der gemessene Druck zeitlich konstant sein, während in Schritt c) ein Druckanstieg bis hin zu einem Gleichgewichtsdruck und daran anschließend ein im wesentlichen konstanter Druck gemessen werden. Diese Drücke können insbesondere mit vorgebbaren Referenzwerten verglichen werden, um so eine Fehlfunktion der Ventile detektieren zu können.
Das Kühlsystem basiert insbesondere auf einer Verdampfung eines kälteverflüssigten Gases, wie z. B. flüssiger Stickstoff. Das verflüssigte Gas wird insbesondere in einem thermisch isolierten Tank am Kühlfahrzeug gespeichert. Das verflüssigte Gas ist vorteilhafterweise ein permanentes Gas, d. h. ein Gas, welches bei Normalbedingungen im gasförmigen Aggregatszustand vorliegt. Vorteilhafterweise liegt der Siedepunkt des Gases bei Normaldruck unterhalb von –100°C. Für spezielle Anwendungsfälle können jedoch auch Gase mit höheren Siedepunkten, wie z. B. Kohlendioxid, eingesetzt werden.
Die erste Stelle für die Erfassung des zeitlichen Temperaturverlaufs kann in einem Kühlraum des Kühlfahrzeuges vorgesehen sein. Hierdurch kann insbesondere festgestellt werden, ob verflüssigtes Gas direkt in den Kühlraum eintritt. Die erste Stelle kann auch in einem Leitungsabschnitt des Kühlsystems für das verflüssigte Gas vorgesehen sein. Hierbei kann eine stromaufwärts an der ersten Stelle befindliche Leckage durch eine Temperaturerhöhung an der ersten Stelle identifiziert werden. Eine stromabwärts an der ersten Stelle befindliche Leckage kann unter geeigneten Bedingungen durch eine übermäßige Temperaturerniedrigung festgestellt werden. Es ist vorteilhaft, wenn das Kühlsystem mehrere erste Stellen aufweist, an denen jeweils der zeitliche Temperaturverlauf erfasst wird. Im Normalbetrieb weist das Kühlsystem in der Regel eine charakteristische Temperaturverteilung bzw. Temperaturschwankungsverteilung auf. Werden Temperaturen bzw. Temperaturverläufe erfasst, die außerhalb dieser Temperaturverteilung bzw. Temperaturschwankungsverteilung liegen, kann dieses ein Hinweis auf eine Gasundichtigkeit sein. Vorteilhafterweise werden eine Vielzahl von Temperaturen und Drücke an verschiedenen Stellen erfasst und so einer Auswertung auf Gasdichtheit unterzogen.
Der Überdruck in dem Leitungsabschnitt für die Drucküberwachung kann in einer Leitung für das verflüssigte Gas dadurch aufgebaut werden, dass die Abgasseite der Leitung verschlossen wird und gewartet wird, bis sich ein Überdruck in der Leitung durch Verdampfung von verflüssigtem Gas in der Leitung bzw. im Tank einstellt. Anschließend wird ein Zulauf zu dem Leitungsabschnitt abgeriegelt, so dass der Überdruck in dem verschlossenen Leitungsabschnitt eingesperrt ist. Sinkt der Druck in dem Leitungsabschnitt, liegt eine Gasundichtigkeit vor. Der Leitungsabschnitt wird insbesondere durch zwei Ventile abgeschlossen bzw. abgesperrt. Die zweite Stelle befindet sich in dem Leitungsabschnitt, der durch die Ventile abgesperrt wird. Es ist vorteilhaft, in dem Leitungsabschnitt Temperatursensoren vorzusehen um festzustellen, ob sich in dem Leitungsabschnitt noch flüssiges Gas befindet. Mit Hilfe der Temperatursensoren kann sichergestellt werden, dass die Druckmessung nicht durch eine Verdampfung von flüssigem Gas beeinträchtigt bzw. verfälscht wird. Insbesondere wenn der Druck in dem abgeschlossenen Leitungsabschnitt steigt, ist davon auszugehen, dass sich in dem Leitungsabschnitt verflüssigtes Gas in flüssiger Form befindet.
Um eine Verfälschung der gemessenen Druckwerte durch Nachdampfen von flüssigem Stickstoff zu vermeiden, kann auch eine Aufwärmzeit für den abgeschlossenen Leitungsabschnitt vorgesehen sein, wodurch sichergestellt wird, dass sämtliches flüssiges Gas in dem Leitungsabschnitt in den gasförmigen Aggregatszustand überführt wird. Die zeitliche Dauer, wie lange der Leitungsabschnitt benötigt, um sich hinreichend zu erwärmen, kann durch Erfahrungswerte ermittelt werden. Bei Kühlsystemen für Kühlfahrzeuge liegen die Zeitdauern in der Regel zwischen 30 Sekunden und 3 Minuten. Eine Zeitdauer beträgt zum Beispiel eine Minute.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren mit der Druckmessung nach einer Zeitverzögerung erneut durchgeführt, wenn der Druck in dem Leitungsabschnitt steigt. Beispielsweise kann die Zeitverzögerung 30 Sekunden bis 5 Minuten, insbesondere 1 Minute bis 2 Minuten, betragen. Durch das Abwarten und die Zeitverzögerung wird sichergestellt, dass sich der Leitungsabschnitt soweit erwärmt, dass keine flüssige Phase des Gases mehr vorliegt und das verflüssigte Gas vollständig verdampft ist.
Es kann ein weiteres Warnsignal erfolgen, wenn der Druck unterhalb eines vorgegebenen Mindestdruckes liegt. Liegt der Druck unterhalb des vorgegebenen Mindestdruckes, ist dies ein Indiz für eine Leckage. Hierbei ist insbesondere der zu erwartende Druck während eines regulären Betriebs des Kühlsystems zu betrachten.
Das Verfahren auf Basis Druckmessung kann in vorteilhafterweise mit dem Verfahren auf Basis der Temperaturmessung kombiniert werden, wobei insbesondere das Verfahren basierend auf der Druckmessung durchgeführt wird, wenn das erste Warnsignal, welches aus dem Verfahren basierend auf der Temperaturmessung hervorgeht, ausgelöst wurde.
Insbesondere kann das Verfahren basierend auf der Temperaturmessung eine Vorstufe für das Verfahren zur Überwachung der Gasdichtheit des Kühlsystems des Kühlfahrzeuges bilden, welches im Falle eines Vorliegens des ersten Warnsignals das Verfahren basierend auf der Druckmessung initialisiert bzw. auslöst.
Der erste Referenzwert kann einem Temperaturabfall von höchstens 20°C pro Minute, insbesondere höchstens 10°C pro Minute, beispielsweise höchstens 5°C pro Minute, entsprechen. Mit anderen Worten, ändert sich die Temperatur an der ersten Stelle um 12°C innerhalb des ersten Zeitintervalls, welches 30 Sekunden lang dauert, liegt ein Temperaturabfall von 24°C pro Minute vor, der oberhalb des ersten Referenzwertes von 20°C pro Minute liegt, so dass das erste Warnsignal ausgelöst wird.
Der zweite Referenzwert kann einem Druckabfall von höchstens 1 bar pro Minute, insbesondere höchstens 0,5 bar pro Minute, beispielsweise höchstens 0,2 bar pro Minute, entsprechen. Wird beispielsweise an der zweiten Stelle ein Druckabfall von 1,5 bar pro Minute ermittelt, wird das zweite Warnsignal ausgelöst.
Für einen Grobtest weist das erste und/oder zweite Zeitintervall insbesondere eine zeitliche Länge zwischen einer Sekunde und 300 Sekunden, insbesondere zwischen 5 und 100 Sekunden, beispielsweise zwischen 10 und 60 Sekunden, auf. Mit Hilfe des Grobtestes können größere Leckagen erkannt werden. Der Grobtest hat den Vorteil, dass er kurzfristig und auch während des Betriebs des Kühlsystems durchführbar ist. Der Grobtest kann im Prinzip permanent bzw. zyklisch durchgeführt werden. Insbesondere können Wartephasen, in denen der Kühlraum keine weitere Zufuhr von Kälte benötigt, weil er hinreichend kalt ist, dazu genutzt werden, um die Druckmessung durchzuführen. Die Temperaturmessung kann im Prinzip durchgängig durchgeführt werden.
Für einen Feintest kann das zweite Zeitintervall eine zeitliche Länge zwischen 10 Minuten und 24 Stunden, insbesondere zwischen 30 Minuten und 12 Stunden, beispielsweise zwischen 1 Stunde und 4 Stunden, aufweisen. Mit Hilfe des Feintestes können kleinere bzw. kleinste Leckagen im Kühlsystem identifiziert werden. Der Feintest kann insbesondere am Kühlsystem während längerer Standzeiten des Kühlfahrzeuges, wie z. B. über Nacht durchgeführt werden. Der Drucktest sowie der Feintest können automatisch beispielsweise als Autodiagnose des Kühlsystems durchgeführt werden.
Die Überwachung der Gasdichtheit kann auch durch das Ausschalten des Kühlfahrzeuges gestartet werden.
Das erste und/oder zweite Warnsignal werden insbesondere mit einem Anzeigegerät optisch und/oder akustisch signalisiert. Das Anzeigegerät kann im Führerstand des Kühlfahrzeuges angeordnet sein. Es kann eine Klartextanzeige sein, welche auf mögliche Risiken hinweist.
Die Überwachung der Gasdichtheit kann während einer Abtauphase des Kühlsystems initiiert und/oder durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems eines Kühlfahrzeuges mit mindestens einem Kühlraum umfasst eines der erfindungsgemäßen Verfahren zum Überprüfen der Gasdichtheit des Kühlsystems. Hierbei weist das Kühlsystem insbesondere einen Ventilator auf, wobei der Ventilator im Fall der Gasdichtheit abgeschaltet wird, sobald eine Tür öffnet, um das Eindringen von Wärme und Feuchtigkeit zu vermeiden. Ist das Kühlsystem nicht gasdicht, so wird der Ventilator angeschaltet, wenn eine Tür des Kühlraumes geöffnet wird. Durch den Betrieb des Ventilators, wird sichergestellt, dass ausreichend Sauerstoff in den Kühlraum eintritt. Hierdurch wird die Sicherheit des Kühlsystems für en Benutzer weiter gesteigert.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem umfasst mindestens einen Tank für verflüssigtes Gas, mindestens einen Verdampfer und ein Mittel zur Überprüfung der Gasdichtheit des Kühlsystems mit mindestens einem Temperatursensor und/oder mindestens einem Drucksensor zur Durchführung eines der erfindungsgemäßen Verfahren. Der Kühlraum ist insbesondere mit einer Tür und einem Ventilator vorgesehen, wobei der Ventilator in Betrieb genommen wird, sobald die Tür geöffnet ist.
Das erfindungsgemäße Kühlfahrzeug umfasst das erfindungsgemäße Kühlsystem. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kühlsystems für das erfindungsgemäße Kühlfahrzeug wird ein hoher Grad an Betriebssicherheit mit einer hohen Effizienz vereint, wodurch die Wirtschaftlichkeit und die Sicherheit der Kühlfahrzeuge erheblich gesteigert werden.
Durch die erfindungsgemäßen Verfahren zur Überprüfung der Gasdichtheit des Kühlsystems von Kühlfahrzeugen, das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Kühlsystems von Kühlfahrzeugen, das erfindungsgemäße Kühlsystem sowie das erfindungsgemäße Kühlfahrzeug ist eine besonders sichere Kühlung und ein besonders sicherer Transport von Waren möglich. Dieses ist insbesondere für Kühlfahrzeuge mit Kühlräumen, die betretbar sind und/oder ein Innenvolumen von mindestens 2 m³ aufweisen, besonders vorteilhaft.
Weitere vorteilhafte Aspekte und Weiterbildungen, welche jeweils einzeln angewandt oder in geeigneter Weise beliebig miteinander kombiniert werden können, werden anhand der folgenden Zeichnung, welche die Erfindung nicht einschränken, sondern lediglich exemplarisch illustrieren soll, erläutert.
Es zeigen schematisch:
1 ein erfindungsgemäßes Kühlfahrzeug in einer Seitenansicht;
2 einen Verdampfer eines erfindungsgemäßen Kühlfahrzeuges in einer diagrammatischen Schnittansicht;
3 einen Verdampfer für das Kühlfahrzeug nach 1 in einer dreidimensionalen Perspektivansicht;
4 eine Seitenansicht des Verdampfers nach 3;
5 eine Draufsicht des Verdampfers nach den 3 und 4;
6 eine Rohrleitung des Verdampfers nach 3 in einer Draufsicht;
7 eine Schnittansicht einer perspektivischen Darstellung der Rohrleitung nach 6;
8 einen Querschnitt der Rohrleitung nach 6 und 7;
9 eine weitere Rohrleitung für einen Verdampfer eines erfindungsgemäßen Kühlfahrzeuges in einer Seitenansicht;
10 ein Gehäuse für einen Wärmetauscher in einer perspektivischen Schrägansicht;
11 ein Kühlmodul wie es zum Beispiel bei einem Kühlfahrzeug nach 1 eingesetzt werden kann in einer perspektivischen dreidimensionalen Schrägansicht in geöffneter Form; und
12 ein erfindungsgemäßes Druckaufbausystem bzw. ein erfindungsgemäßes Leckprüfsystem.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlfahrzeug 2 in einer Seitenansicht mit einem Kühlmodul 10, welches in einem oberen Bereich an einer Stirnseite 50 des Kühlfahrzeuges 2 montiert ist. Das Kühlmodul 10 umfasst einen Verdampfer 1 bzw. Wärmetauscher 30 (siehe 2), welche von einem thermisch isolierten Tank 5 mit verflüssigtem Gas versorgt wird. Der Tank 5 weist eine Ummantelung zur thermischen Isolation auf, bevorzugt eine Vakuumummantelung oder auch eine Schaumummantelung und steht in fluidleitender Verbindung mit dem Kühlmodul 10. Der Tank ist in einem unteren Bereich 12 des Kühlfahrzeuges 2 befestigt.
2 zeigt einen außerhalb eines Kühlraumes 4, 9 angeordneten Verdampfer 1, welcher einen Teil eines Wärmetauscher 30 bildet, um die bei der Verdampfung von verflüssigtem Gas entstehende Kälte an eine aus den Kühlkammern 4, 9 angesaugte zu kühlende Kühlluft 39 abzugeben. Mit der gekühlten Kühlluft 27 werden die in den Kühlräumen 4, 9 aufbewahrten Waren (nicht dargestellt) gekühlt. Der Verdampfer 1 ist mit einer Leitung 42 für verflüssigtes Gas mit dem Tank 5 fluidleitend verbunden. Das im Verdampfer 1 verdampfte und erwärmte Abgas wird über eine Abgasleitung 6 an die Umgebung abgegeben. Der Tank 5 ist unterhalb des Verdampfers 1 angeordnet. Der Tank 5 speichert verflüssigten Stickstoff bei einer Temperatur von etwa 80 Kelvin bei einem leichten Überdruck. Der Überdruck im Tank 5 wird dazu verwendet, um verflüssigtes Gas aus dem Tank 5 in den Verdampfer 1 zu heben. Bei einer starken Gasentnahme aus dem Tank 5 bzw. um nach der Befüllung des Tankes 5 mit verflüssigtem Gas einen Druckaufbau im Tank 5 zu bewirkten, ist ein Druckaufbaumittel 13, bevorzugt eine Tankheizung im Tank vorgesehen, mit welchem das verflüssigte Gas lokal erwärmt und verdampft werden kann. Das Regelventil für das Druckaufbaumittel 13 ist elektrisch leitend über eine Leitung 43 mit einer Drucksteuerung 38 am Kühlmodul 10 verbunden. Mit Hilfe der Drucksteuerung 38 wird der Druck in dem Tank 5 geregelt. Der Kühlraum 4 ist für Gefriergut ausgelegt und weist eine Temperatur zwischen –25 und –18°C auf. Es ist beispielsweise auch möglich, dass deutlich tiefere Temperaturen (–60°C) vorliegen können. Der Kühlraum 9 ist für Frischware ausgelegt und weist eine Temperatur zwischen +4 und +12°C auf. Die Kühlluft wird zwischen den Kühlräumen 4, 9 und dem außerhalb der Kühlräume 4, 9 angeordneten Wärmetauscher 30 mit einem Ventilator 8 gefördert, wofür die Kühlräume 4, 9 mit dem Wärmetauscher 30 über Strömungskanäle 7 fluidleitend verbunden sind. Die Kühlräume 4, 9 sind von einem Kühlraumgehäuse 3 umgeben. Das Kühlraumgehäuse 3 bildet eine thermische Isolierung. Das Kühlmodul 10 ist außerhalb des hier quaderförmigen Kühlraumgehäuses 3 angeordnet. Auch das Kühlmodul 10 ist thermisch isoliert.
Das Kühlmodul 10 weist einen Phasentrenner 24 auf, durch welchen ein im Verdampfer 1 nicht verdampfter Anteil des verflüssigten Gases von dem verdampften Gasanteil getrennt werden kann. Der abgetrennte, nicht verdampfte, flüssige Anteil wird dem Verdampfer 1 wieder zugeführt. Der Wärmetauscher 30 bzw. der Verdampfer 1 weist eine Widerstandsheizung 28 auf, mit welcher am Verdampfer 1 bzw. im Wärmetauscher 30 gebildetes Eis aufgetaut werden kann. Das Auftauen des Eises kann alternativ oder zusätzlich zum Betrieb Widerstandsheizung 28 auch durch Umwälzung der Luft aus dem Kühlraum 4 erfolgen. Diese wird dabei mit der spezifischen Wärme von Eis und Wärmetauscher 30 sowie der Schmelzenthalpie gekühlt. Die Umwälzung führt also nicht zu einem Wärmeeintrag in die Kühlräume 4, 9. Dies gilt auch für einen Kühlraum, welcher unter Null Grad Celsius betrieben wird, wenn die Luft aus einem Kühlraum, welcher über dem Gefrierpunkt von Wasser betrieben wird, kommt und in diese zurückgeführt wird. Dies ist möglich, da die Strömungskanäle 7 während des Auftauens verschlossen werden können, so dass der Kühlraum 4, 9 und der zugehörige Wärmetauscher 30 thermisch entkoppelt sind. Hierdurch wird ein besonders energiesparendes Enteisen des Verdampfers 1 bzw. Wärmetauschers 30 ermöglicht. Das Kühlmodul 10 bzw. der Verdampfer 1 oder der Wärmetauscher 30 weist weiterhin ein Mittel 20 zur Überprüfung der Gasdichtheit des Kühlsystems insbesondere des Wärmetauschers 30 bzw. des Verdampfers 1 auf. Hierfür sind an verschiedenen Stellen im Verdampfer bzw. im Wärmetauscher 30 Drucksensoren 35 und Temperatursensoren 37 vorgegeben, mit welchen der zeitliche Verlauf des Drucks und der Temperatur im Wärmetauscher 30 bzw. Verdampfer 1 ermittelt wird. Insbesondere ist es hiermit möglich, festzustellen, ob ein Überdruck in einem abgeschlossenen Leitungsabschnitt im Verdampfer 1 bzw. Wärmetauscher 30 stabil bleibt oder aufgrund einer Leckage mit der Zeit abnimmt. Mit Hilfe der Temperatursensoren, kann festgestellt werden, ob sich eine flüssige Phase im Wärmetauscher 30 bzw. im Verdampfer 1 befindet. Die Kontrolle der Gasdichtheit kann beispielsweise über Nacht, wenn das Kühlfahrzeug 2 steht, durchgeführt werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine hohe Genauigkeit der entsprechenden Messung erreicht.
3 zeigt den Verdampfer 1 in einer perspektivischen Schrägansicht mit Rohrleitungen 14, in welchen das verflüssigte Gas verdampft wird und welche an ihrer Außenseite von der zu kühlenden Kühlluft 39 umströmt werden. Die Rohrleitungen 14 weisen zumindest segmentweise eine Längsachse 19 auf. Am Verdampfer 1 sind Phasentrenner 24 vorgesehen, durch welche ein durch die Rohrleitungen 14 durchlaufender nicht verdampfter Anteil des verflüssigten Gases von dem verdampften Gas abgetrennt und wieder den Rohrleitungen 14 zugeführt werden kann. Eine Eintrittsseite 26 der Rohrleitungen 14 ist geodätisch tiefer als eine Austrittsseite 25 der Rohrleitungen 14 angeordnet. Eine Zuleitung 40 des Phasentrenners 24 ist unterhalb einer Ableitung 36 des Phasentrenners 24 angeordnet. Unterhalb des Verdampfers 1 ist eine Auffangwanne 31 (siehe 10) zum Auffangen von Tauwasser während eines Enteisungsvorganges vorgesehen. Die Rohrleitungen 14 können gefaltet, spiralartig gewickelt und mäanderförmig gewunden sein, um einen besonders kompakten Aufbau des Wärmetauschers 30 bzw. Verdampfers 1 zu gewährleisten.
4 zeigt den Wärmetauscher 30 nach 3 in einer Seitenansicht. 5 zeigt den Wärmetauscher 30 in einer Draufsicht.
6 zeigt eine Detailansicht der Rohrleitung 14 in einer Draufsicht. Die Rohrleitung 14 erstreckt sich entlang der Längsachse 19. Die Rohrleitung 14 weist an ihrem Umfang Lamellen 17 auf, welche in einem besonderen Verfahren direkt aus dem Rohrkörper gedrückt werden – also faktisch ein Werkstück mit der Rohrleitung 14 darstellen. Die Lamellen 17 können mit einer Rohrwand 23 der Rohrleitung 14 verschweißt sein. Die Rohrleitung 14 und die Lamellen 17 sind insbesondere aus Kupfer gefertigt. Mit Hilfe der Lamellen 17 wird ein besonders effizienter Wärmeübertrag von der bei der Verdampfung und Erwärmung des verflüssigten Gases anfallenden Kälte an die zu kühlende Kühlluft 39 bewirkt. Die Lamellen 17 sind gewellt, um die Oberfläche pro Volumeneinheit zu erhöhen und um Turbulenzen in der zu kühlenden Kühlluft 39 zu bewirken, wodurch die Kälteabgabe bzw. der Kälteübertrag vergrößert wird.
7 zeigt die Rohrleitung 14 nach 6 in einer Schnittansicht in einer dreidimensionalen perspektivischen Ansicht. Die Rohrleitung 14 weist eine Rohrwand 23 auf, um welche die gewellten Lamellen 17 angeordnet sind und an welcher die Lamellen 17 befestigt sind. Die Lamellen 17 können mit der Rohrwand 23 verlötet sein. Um eine Enteisung der Lamellen 17 zu vereinfachen, ist zwischen den Lamellen 17 eine Widerstandsheizung 28 vorgesehen. Die Widerstandsheizung 28 wird durch eine Mehrzahl von elektrisch isolierten Drähten gebildet, welche sich durch Einwirkung eines elektrischen Stromes erwärmen. In das Innere der Rohrleitung 14 sind Elemente 18 zur Erzeugung von Strömungsturbulenzen oder zur radialen Trennung von verflüssigtem und verdampftem Gas eingebracht. Die Elemente 18 sind als Einbauten 21 vorgesehen und können als sternförmiger Profilstab 22 in die Rohrleitung 14 eingeschoben sein. Die Einbauten können insbesondere mit der Rohrwand 23 verlötet oder verschweißt sein. Die Profilstäbe 22 in den Rohrleitungen 14 sind verdrillt entlang der Längsachse 19. Hierdurch wird die Dicke einer zwischen der Rohrwand 23 und einem Flüssigkeitstropfen des verflüssigten Gases gebildeten Dampfschicht reduziert. Durch die Verdrillung wird das verflüssigte Gas an die Innenseite der Rohrwand 23 gedrückt, wenn es durch die Rohrleitung 14 strömt. Außerdem weisen die Elemente 18 Verwirbelungsstrukturen 41 auf, welche einer Verwirbelung des verflüssigten Gases in der Rohrleitung 14 unterstützen. Die Wirbel in der Rohrleitung 14 führen zu einer Verringerung der Dicke der Dampfschicht zwischen dem verflüssigten Gas und der Rohrwand 23, wodurch die Effizienz des Kälteübertrags von dem verflüssigten und sich erwärmenden Gas an die zu kühlende Luft 39 gesteigert wird. Die Einbauten können aus einem anderen Material als die Rohrwand 23 sein, beispielsweise können die Einbauten aus Kunststoff sein. Es ist von Vorteil, wenn die Einbauten 21 aus einem thermisch gut leitenden Material gefertigt sind und thermisch gut leitend mit der Rohrwand 23 verbunden sind. Ein Wärmeübergangswiderstand zwischen den Einbauten 21 und der Rohrwand 23 kann beispielsweise durch Ver löten oder Verschweißen verringert werden. Ein möglichst geringer thermischer Übergangswiderstand ist vorteilhaft vor dem Hintergrund, die in dem verflüssigten Gas enthaltene Kälte möglichst effizient an die Lamellen 17 weiter zu leiten.
8 zeigt einen Querschnitt durch die Rohrleitung 14 nach 6 und 7 in einer Schnittansicht senkrecht zur Längsachse 19. Die Elemente 18 sind als verdrillte sternförmige Einbauten 21 vorgesehen, welche in Form von Profilstäben 22 in das Innere der Rohrleitung 14 eingeschoben werden. Die Querschnitte der Profilstäbe 22 sind als Stern mit 5 Strahlarmen ausgebildet, welche mit der Rohrwand 23 verlötet sind. Die einzelnen Strahlarme weisen Verwirbelungsstrukturen 41 auf, welche durch Wellungen bzw. Oberflächenrauhigkeiten der Profilstäbe ausgebildet sind. Sowohl durch die Einbauten als solche als auch durch die Verwirbelungsstrukturen 41 an den Einbauten 21 wird die Turbulenz in der Rohrleitung 14 vergrößert, wodurch ein Kältetransfer von dem verflüssigten Gas auf die Lamellen 17 und damit auf die zu kühlende Kühlluft 39 verbessert wird.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Rohrleitung 14, wobei der besseren Übersichtlichkeit halber keine Lamellen 17 gezeigt sind. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um ein verdrilltes Flachrohr, wobei die Rohrleitung 14 einen Innenrohrquerschnitt aufweist, der sich entlang der Rohrleitung 14 ändert. Die Innenquerschnittsfläche der Rohrleitung 14 ist bevorzugt rund, elliptisch oder stark elliptisch und entlang der Rohrleitung 14 verdrallt. Insbesondere die Fläche der Projektion eines ersten Innenrohrquerschnittes an einer ersten Rohrleitungsstelle 15 auf einen zweiten Innenrohrquerschnitt an einer zweiten Rohrleitungsstelle 16 ist kleiner als 30 % der Fläche des Innenrohrquerschnittes. Hierbei sind die beiden Rohrleitungsstellen 15, 16 entlang der Längsachse 19 um 100 mm versetzt. Durch die Verdrallung des Flachrohres wird beim Durchströmen der Rohrleitung 14 eine zentrifugale Separation von Flüssigkeit (außen) und Gas (innen) erzeugt, welches den thermischen Kontakt zwischen dem verflüssigten Gas und der Rohrwandung 23 intensiviert.
Während zur Erzeugung von Turbulenzen in der Rohrleitung 14 bei der Ausführungsform gemäß 7 Einbauten 21 im Inneren Rohrleitungen 14 vorgesehen sind, ist bei der Ausführungsform gemäß 9 die Rohrleitung als solche profiliert, insbesondere verdrillt oder gewellt, um eine Turbulenz während der Durchströmung zu bewirken.
10 zeigt ein Wärmetauschergehäuse 29 für den Wärmetauscher 30, dass als Auffangwanne 31 für den Inneneinbau des Wärmetauschers 30 konzipiert ist, um das bei der Enteisung abtropfende Tauwasser aufzufangen und über einen Abflusskanal (nicht dargestellt) abzuführen. Die Auffangwanne 31 kann zusätzliche Heizelemente 32 aufweisen, mit denen Eis aufgetaut werden kann. Das Wärmetauschergehäuse 29 weist Strömungskanäle 7 für die zu kühlende 39 bzw. gekühlte 27 Kühlluft auf. Hierbei weist das Wärmetauschergehäuse 29 Ausblasöffnungen 33 auf, welche Kanten 34 umfassen, durch welche das während des Auftauens gebildete flüssige Wasser aufgefangen werden kann, damit es nicht durch das Gebläse in den Kühlraum 4, 9 eingeblasen wird. Hierdurch wird besonders effektiv eine Vereisung der Strömungskanäle 7 durch Auftauwasser verhindert. Die Auffangkanten können beispielsweise durch Schürzen, Labyrinthstrukturen oder Prallplatten gebildet sein.
11 zeigt das Kühlmodul 10, wie es zum Beispiel bei einem Kühlfahrzeug nach 1 eingesetzt werden kann, in einer perspektivischen dreidimensionalen Schrägansicht in geöffneter Form. Durch die modulare Ausgestaltung der Ventilatoren 8, der Phasentrenner 24 und der Rohrleitungen 14 wird ein besonders kompakter Aufbau realisiert.
12 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kühlsystem mit einer Drucksteuerung 38 zum Fördern von verflüssigtem Gas aus dem Tank 5 in den Verdampfer 1 ohne Verwendung einer motorischen Pumpe. Das Kühlsystem weist ein Mittel 20 zur Überprüfung der Gasdichtheit des Kühlsystems 45, des Wärmetauschers 30 oder des Verdampfers 1 auf. Der Verdampfer 1 ist über die Leitung 42 für verflüssigtes Gas mit dem Tank 5 strömungsverbunden. Verflüssigtes Gas wird entlang einer Strömungsrichtung 54 des verflüssigten Gases durch einen im Tank 5 sich einstellenden Drucks in die Leitung 42 gedrückt. Um den Druck im Tank 5 zu steigern, wird die Leitung 42 mit Hilfe eines Ventils 49 abgesperrt, wobei ein Anteil von verflüssigtem Gas in der Leitung 42 stromaufwärts vom Ventil 49, d.h. zwischen dem Ventil 49 und dem Tank 5, durch Erwärmung der Leitung 42 verdampft. Das Ventil 49 wird auch als Zulaufventil bezeichnet. Die Leitung 42 kann eine thermische Isolierung, wie z. B. eine doppelwandige Vakuumisolierung (Superisolierung) oder eine Schaumummantelung aufweisen. In der Regel ist der Wärmeeintrag trotz dieser thermischen Isolierung groß genug, um einen hinreichend großen Anteil an verflüssigtem Gas in der Leitung 42 stromaufwärts von dem Ventil 49 zu verdampfen und den Druck im Tank 5 aufzubauen. In speziellen Fällen kann es zweckmäßig sein, an der Leitung 42 stromaufwärts von dem Ventil 49 eine Wärmebrücke 51 vorzusehen, welche für den erforderlichen Wärmeeintrag sorgt. Die Wärmebrücke 51 kann durch eine Verschlechterung der Isolation an der Leitung 42 gebildet sein, wobei insbesondere die Wärmebrücke an einem Abschnitt der Leitung 42 vorgesehen ist und vorteilhafterweise hinsichtlich einer Wärmeübergangszahl variabel ausgestaltet ist. Das Ventil 49 wird stoßweise geöffnet, wodurch verflüssigtes Gas entlang der Strömungsrichtung 44 in die Leitung 42 gedrückt und in den Wärmetauscher 30 gefördert wird. Durch das stoßweise Betreiben des Ventils 49 in der Leitung 42 tritt kein stationärer Zustand ein, so dass die Temperatur in der Leitung 42 stromaufwärts von dem Ventil 49 seitlich entsprechend des Schließzustandes des Ventils 49 und der Gasentnahme aus dem Tank 5 schwankt.
Um für einen hinreichenden Druckaufbau im Tank 5 zu sorgen, beträgt das Innenvolumen der Leitung 42 stromaufwärts von dem Ventil 49 bis zur Mündung am Tank 5 mindestens etwa 1/1000 des Innenvolumens des Tanks 5. Der Wärmetauscher ist innerhalb eines Kühlraumgehäuses 3 angeordnet und gibt gekühlte Kühlluft 27 an den Kühlraum 4 ab. Hierfür wird die Luft im Kühlraum 4 mit Hilfe eines Ventilators 8, der von einem Motor 52 betrieben wird, umgewälzt. In dem Kühlraum 4 ist ein erster Temperatursensor 37 an einer ersten Stelle 46 vorgesehen, um Temperaturschwankungen festzustellen. Sinkt die Temperatur in dem Kühlraum 4 schlagartig mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5°C pro Minute, wird ein erstes Warnsignal ausgegeben, welches dem Betreiber des Kühlfahrzeuges 2 in Kenntnis setzt, dass möglicherweise ein Leck im Kühlsystem 45 vorliegt. In dem Kühlraum 4 kann ein weiterer Temperatursensor 53 an einer weiteren ersten Stelle 46 vorgesehen sein, welcher dem gleichen Zweck dient.
Der Motor 52 kann elektromotorisch oder pneumatisch unter Verwendung des verdampften Gases arbeiten. Das verflüssigte Gas wird stromabwärts des Ventils 49 durch den Verdampfer 1 bzw. Wärmetauscher 30 bis zu einem weiteren Ventil 55 geführt. Anschließend wird das verdampfte Gas als Abgas 56 über die Abgasleitung 6 an die Umgebung abgegeben. Der Leitungsabschnitt 57 der Leitung 52 zwischen dem Ventil 49 und dem weiteren Ventil 55 kann mit Hilfe der beiden Ventile 55, 49 abgeriegelt werden. Insbesondere kann hier ein Überdruck eingeschlossen werden, wenn der Leitungsabschnitt 57 gasdicht ist. An dem Leitungsabschnitt 57 ist an einer zweiten Stelle 47 ein Drucksensor 35 vorgesehen, welcher den zeitlichen Druckverlauf in dem Leitungsabschnitt 57 erfasst. Sinkt ein zwischen den Ventilen 55, 49 eingeschlossener Überdruck unter einen vorgegebenen Wert bzw. ändert sich der Überdruck schneller als ein vorgegebener Referenzwert, wie z. B. schneller als 0,2 bar pro Minute, wird ein zweites Warnsignal ausgegeben. Das erste Warnsignal bzw. das zweite Warnsignal wird auf einem Anzeigegerät 44 (siehe 2) dem Fahrer des Kühlfahrzeuges 2 angezeigt. Das Ventil 49, das weitere Ventil 55, der Drucksensor 35 sowie die Temperatursensoren 37 und 53 bilden das Mittel 20 zur Überprüfung des Gasdichtheit des Wärmetauschers 30, des Verdampfers 1 bzw. des Kühlsystems 45. Das weitere Ventil 55 wird auch als Abgasventil bezeichnet.
Vorteilhafterweise werden mindestens zwei Wärmetauscher 30 bzw. mindestens zwei Verdampfer 1 verwendet, welche alternierend abtauen und kühlen. Hierdurch wird eine höhere Betriebszuverlässigkeit erzielt. Auch können hierdurch Energiekosten, die durch einen aktiven Abtauprozess bei einer Eisbildung am Wärmetauscher 30 bzw. am Verdampfer 1 entstehen, erheblich reduziert werden.
Für die Materialauswahl des Wärmetauschers sollte eine homogene Materialpaarung verwendet werden. Wärmetauscher aus Aluminium oder Kupfer haben sich in der Tieftemperaturtechnik bewährt. Aus fertigungstechnischen Gründen wird vorzugsweise eine homogene Materialauswahl aus Kupferrohr und Kupferlamellen gewählt, es können jedoch auch andere geeignete Werkstoffe zum Einsatz kommen. Vorzugsweise werden für diesen Einsatz Wärmetauscherrohre als Rippenrohre verwendet, welche homogen aus Kupfer bestehen und auf der äußeren Mantelfläche über Kupferlamellen verfügen. Diese können gelötet, geschweißt, geklemmt oder durch andere Verfahren auf oder in die äußere Mantelfläche auf- oder eingebracht werden. Vorzugsweise werden die Lamellen 17 durch Walzungen aus dem Rohrmaterial herausgedrückt und anschließend mit einer Wellung auf der Seitenfläche versehen. Diese Lamellenwellung wird im letzten Walzvorgang erzeugt. Bei einer Queranströmung des Rohres wird durch die Wellenform eine turbulente Luftströmung zwischen den Lamellen 17 erzeugt, was sich auf der Luftseite durch erhöhte Wärmeübergangszahlen positiv bemerkbar macht. Die aufgewalzten Lamellen 17 laufen vorzugsweise schraubenförmig mit einem Lamellenabstand zwischen 2 und 10 mm, vorzugsweise 3 mm, auf dem Umfang entlang. Es können jedoch andere Lamellenabstände zum Einsatz kommen. Die mit Lamellen 17 versehenen Rohrleitungen 14 werden vorzugsweise in Endlamellen eingefasst. Unter einer Endlamelle ist ein Blech zu verstehen, welches mit Bohrungen versehen ist, durch die die Rohrstutzen der Rohrleitungen geführt werden. Um die Bohrungen sind Schlitze so durch die Endlamellen gezogen, dass sich die Rohre gegenüber den Befestigungspunkten der Endlamelle jeweils einzeln bewegen können. Vorzugsweise ragen die Rohrenden über die Endlamellen hervor. Die Endlamellen, die vorzugsweise aus Kupfer bestehen, und die Rohrstutzen der Rippenrohre werden fest mit den Endlamellen, bevorzugt durch Löten verbunden. Die aus den Endlamellen überstehenden Rohrenden der mit Lamellen versehenden Rohrleitungen 14 werden mit Kupferrohren oder Bögen untereinander verbunden.
In der ersten Phase der Wärmeübertragung vom flüssigem Stickstoff auf die Rohre findet eine Phasenumwandlung von dem Aggregatzustand flüssig in gasförmig in den Wärmetauscherrohren statt. Während dieser Aggregatszustandsüberführung findet eine Flüssigkeits-Dampf-Gemisch Reaktion durch Film- und Blasensieden statt. Erfahrungsgemäß treten durch das Blasensieden innerhalb von Rohren hohe Beschleunigungen der Flüssigkeit durch in Strömungsrichtung vor der Flüssigkeit gebildet Dampfblasen auf.
Bei bekannten Verdampfern 1 verbinden sich die in Bruchteilen von Sekunden entstehenden kleinen Dampfblasen zu großen Dampfblasen und treiben aufgrund der Volumenänderung die davor befindliche Flüssigkeitssäule explosionsartig durch das Wärmetauscherrohr. Durch diesen Vorgang findet bei bekannten Wärmetauschern nur eine unzureichende Wärmeübertragung vom verflüssigten Gas an die Rohrwand 23 statt.
Bei dem Wärmetauscher 30 werden Elemente innerhalb der Rohrleitung 17 installiert, die eine möglichst gleichmäßige Verdampfung innerhalb der Wärmetau scherrohre ermöglichen und dadurch die Wärmeübergangszahlen erhöhen. Für diese Optimierung werden innerhalb der Rohrleitungen 14 Strömungsprofile oder Einbauten 21 eingesetzt, welche die Flüssigkeit stets an die Innenfläche der Rohrwand 23 entlangführt. Beispielsweise werden Profilstäbe 22 verwendet, die den Rohrquerschnitt längsseitig in n-Abschnitte teilt. Diese Abschnitte sind als Teilkreisprofile ausgeführt, wobei der Winkel des Teilkreises in der Rohrmitte beginnt und sich zur Mantelfläche hin aufspannt. Es können auch andere Geometrien Verwendung finden, diese sollten lediglich ein möglichst großes Raumvolumen auf der Rohrmantelinnenseite ausbilden. Vorzugsweise werden 5 strahlige Innenprofile als innen liegender Stern verwendet. Dieser Stern wird um die Längsachse verdreht. Wie bereits erwähnt erfährt der verflüssigte Stickstoff beim Eintreten in das Wärmetauscherrohr durch sich bildende Dampfblasen und daraus resultierende Volumenänderung eine Beschleunigung. Durch die Verdrehung bzw. Verdrillung des n-strahligen Profilstabs 22 um die Längsachse 19 entstehen Strömungskanäle in der Rohrleitung 14, die sich wendelförmig innen entlang der Mantelflächen der Rohrwand 23 ausbilden. Eine Verdrillung des n-strahligen Innenprofils kann beliebig um die Längsachse 19 bezogen auf eine Länge der Rohrleitung 14 sein. Es müssen jedoch nach der Verdrehung noch Kanäle im Rohr ausgebildet sein. Der Innenteil wird zweimal bis zehnmal, vorzugsweise dreimal, pro 1 m um die Längsachse 19 verdreht. Durch die Verdrehung des n-strahligen Profilstabs 22 wird die beschleunigte Flüssigkeit aufgrund von Fliehkräften an die Innenmantelfläche gedrückt und entlang geführt. Infolge des Temperaturunterschiedes zwischen der Flüssigkeit und der Innenmantelfläche wird der Aggregatszustand des verflüssigten Stickstoffs durch Blasensieden verändert. Hierdurch verbessern sich wesentlich die Wärmeübergangszahlen. Das verflüssigte Gas kann nach einer vergleichsweise kurzen Strecke nahezu vollständig verdampft werden.
Es können alle im Wärmetauscher befindlichen Rohrleitungen 14 mit flüssigem Stickstoff beaufschlagt werden. Vorzugsweise werden zwei Rohrleitungen 14 mit verflüssigtem Stickstoff beaufschlagt. Vorzugsweise sind die mit flüssigem Stickstoff beaufschlagten Rippenrohre des Wärmetauschers die geodätisch obersten Rohre. Vorzugsweise werden die auf der Luftaustrittseite geodätisch höchsten zwei Rohre zur Flüssigkeitsbeaufschlagung verwendet. Dadurch wird dem Querstrom ein Gegenstrom zwischen dem zu kühlenden Luftstrom und dem Stickstoffstrom überlagert.
Vorteilhafterweise wird den mit Flüssigkeit beaufschlagten Rippenrohren 14 mit verdrehtem innen liegendem Stern ein Phasentrenner 24 nachgeschaltet. Der Phasentrenner 24 sammelt die nicht verdampften Flüssigkeitstropfen, die nicht oder unzureichend mit der Innenmantelfläche in Kontakt getreten sind. Vorzugsweise sind die Phasentrenner als liegender Druckbehälter ausgebildet. Vorzugsweise wird ein Eintrittsrohr kurz unterhalb der geodätisch nach oben gerichteten Mantelfläche durch die Stirnfläche geführt. Die Ablaufrohre befinden sich auf der gegenüberliegenden Seite des Eintrittsrohrs, vorzugsweise wird ein Ablaufrohr geodätisch kurz oberhalb der weiter untenliegenden Mantelfläche durch die Stirnfläche geführt.
Der Phasentrenner 24 hat die Aufgabe, die mitgerissenen Flüssigkeitsanteile zu sammeln und durch das unten liegende Ablaufrohr der nächsten Lamellen aufweisenden Rohrleitung (Rippenrohr) im Wärmetauscher wieder zuzuführen. Vorzugsweise werden den zwei Rippenrohren, die sich geodätisch auf der Luftaustrittsseite an der untersten Stelle befinden, aufgefangener, unverdampft gebliebener flüssiger Stickstoff wieder zugeführt.
Die nachgeschalteten Rippenrohre 14 mit verdrehtem innen liegendem Profilstab 22 dienen als Anwärmer für den gasförmigen Stickstoff. Es können n-Rohre nachgeschaltet werden, um den gasförmigen Stickstoff bis auf die geforderte Abgastemperatur anzuwärmen. Vorzugweise werden 6 Rohre als Anwärmer verwen det, wobei die beiden Rücklaufrohre vom Phasentrenner ebenfalls als Anwärmer gezählt werden.
Der Wärmetauscher kann vorzugsweise auch nur als Anwärmer betrieben werden. Dazu sollte die Gastemperatur am Eintritt deutlich unterhalb der zu kühlenden Raumluft liegen.
Da zur Abtauung aus verfahrenstechnischen Gründen kein Wärmeeintrag aus dem Inneren der Rohrleitung 14 erfolgen kann, ist eine Widerstandheizung vorgesehen. Diese Abtauheizung kann eine Vereisung auflösen. Insbesondere die hierbei auftretenden Temperaturschwankungen von –196°C auf +100°C erfordern besondere Eigenschaften der Heizung und der Rohre. Zur Abtauung wird eine Elektroheizung mit vorzugsweise mindestens 2 bis 40, beispielsweise 9, versilberten Kupferlitzen verwendet, welche jeweils einen Durchmesser von 0,1 mm bis 0,5 mm, wie z.B. 0,25 mm, aufweisen können. Die Kupferlitzen sind zur elektrischen Isolation mit einem Polymer wie z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE) ummantelt. Die versilberten Kupferlitzen mit ummanteltem PTFE werden zwischen die Lamellen 17 bis auf den Rippenrohrgrund schraubenförmig aufgewickelt, so dass zwischen jeder Lamelle 17 und dem Lamellengrund ein Kontakt zwischen dem Heizkabel und dem Kupfer des Rippenrohres entsteht Dadurch ist eine gleichmäßige Wärmeverteilung am gesamten Wärmetauscher für die Abtauung möglich.
Um eine gezielte Luftführung über das Wärmetauscherpaket zu erzielen, ist ein als Abdeckhaube vorgesehenes Wärmetauschergehäuse 29 konzipiert, welches zum einen als Auffangwanne 31 für Kondensatwasser fungiert und zum anderen die Luftführung innerhalb des Wärmetauschers 30 gewährleistet. Darüber hinaus legt das Wärmetauschergehäuse 29 auch gezielt die Ausblasrichtung fest. Die Ausblasrichtung wird je nach Bedarf frontseitig oder wahlweise nach links, rechts oder gleichzeitig nach links und rechts dadurch festgelegt, dass in die Haube des Wärmetauschers Sollbruchstellen so gefertigt werden, dass Teile der Haube, die in die gewünschte Ausblasrichtung zeigen, leicht ausgebrochen werden können. Wegen der hohen Temperaturunterschiede ist vorzugsweise ein Wärmetauschergehäuse aus Kunststoff wie z.B. einem Kunststoff der Materialpaarung Polystyrol /Polyethylen gewählt. Diese Materialpaarung zeichnet sich durch eine geringe Temperaturverformung aus. Außerdem kann das Material leicht geformt werden und bietet die Möglichkeit einer internen Isolation zur Vermeidung von Kondensat an der Außenseite.
Der Wärmetauscher bzw. der Verdampfer ist vorteilhafterweise mit einer Vorrichtung zur Optimierung der Wärmeübertragung für die Verdampfung von verflüssigten Gasen, insbesondere für tiefkalten verflüssigten Stickstoff, der als Luftkühler dient, ausgestattet, wobei der Wärmtauscher beziehungsweise Verdampfer aus Rippenrohren mit ausgewalzten schraubenförmig umlaufenden wellenförmigen Lamellen besteht. Hierbei bestehen insbesondere die Materialpaarung des Wärmetauscherrohrs und der Lamelle aus einem homogenen Metall. Das homogene Material kann Kupfer sein. Innerhalb der Rippenrohre ist insbesondere ein Strömungsprofil eingesetzt, das den Rohrquerschnitt längsseitig in n-Abschnitte teilt, wobei diese Abschnitte als Teilkreisprofile ausgeführt sein können und/oder wobei der Winkel des Teilkreises in der Rohrmitte beginnt und sich zur Mantelfläche aufspannen kann. Hierbei können auch andere Geometrien Verwendung finden, welche vorteilhafterweise das größte Raumvolumen auf der Rohrmantelinnenseite ausbilden. Es ist vorteilhaft, mehrstrahlige, insbesondere fünfstrahlige, Innenprofile als innen liegendes Sternprofil zu verwenden. Besonders bevorzugt ist, das in dem Rippenrohr innen liegende Profil um die Längsachse zu verdrillen, wodurch schraubenförmige Kanäle, die sich zur Rohrmitte hin verjüngen, im Rohr ausbildet werden. Das im Rippenrohr liegende Strömungsprofil kann den Rohrquerschnitt mindestens einmal teilen. Vorteilhafterweise ist das im Rippenrohr liegende Strömungsprofil, welches den Rohrquerschnitt mindestens einmal teilt, derart schraubenförmig verdreht, dass mindestens zwei schraubenförmige Fluidkanäle im Rohr ausgebildet werden. Die mit flüssigem Stickstoff beaufschlagten Rohre sind vorteilhafterweise die auf der Luftaustrittseite geodätisch obersten Rohre. Vorteilhafterweise sind die Rippenrohre jeweils auf beiden Seiten in einer Kupferendlamelle eingelötet. An der Endlamelle kann jeweils ein liegender Phasentrenner 24 als Druckbehälter ausgebildet bzw. angeschweißt sein. Das Eintrittsrohr in den Phasentrenner 24 kann im oberen Bereich der Stirnfläche -kurz unterhalb der Druckbehältermantelfläche- in den Phasentrenner geführt sein. Das Austrittsrohr kann aus den Phasentrenner im unteren Bereich der Stirnfläche -kurz oberhalb der Druckbehältermantelfläche- aus dem Phasentrenner geführt sein. Die Kunststoffteil des Wärmetauschers kann aus einem thermoplastischen Kunststoff (vorzugsweise Polyethylen -PE-) in einer Press- oder Ziehform hergestellt werden. Wegen der hohen Temperaturunterschiede und des Isolationsbedarfs ist eine Materialpaarung aus Polystyrol/Polyethylen vorteilhaft.
Im Folgenden werden verschiedene weitere Aspekte, die mit der Erfindung in einem Zusammenhang stehen, beschrieben. Die einzelnen Aspekte können jeweils einzeln angewandt, d.h. unabhängig voneinander, oder beliebig miteinander kombiniert werden. Ebenso können diese Aspekte mit den zuvor beschriebenen Aspekten kombiniert werden.
Ein vor dem Hintergrund der Betriebssicherheit, Zuverlässigkeit und Energieeffizienz besonders vorteilhaftes mobiles Kühlfahrzeug 2 umfasst ein Kühlraumgehäuse 3 für mindestens einen darin befindlichen Kühlraum 4, einen Tank 5 für verflüssigtes Gas, einen Verdampfer 1 zur Verdampfung des verflüssigten Gases unter Abgabe von Kälte an den Kühlraum 4, und eine Abgasleitung 6 für das verdampfte Gas, wobei der Verdampfer 1 außerhalb des Kühlraums 4 angeordnet ist. Vorteilhafterweise erfolgt die Abgabe der Kälte des Verdampfers 1 an Kühlluft, welche über Strömungskanäle 7 aus dem Kühlraum 4 zum Verdampfer 1 und vom Verdampfer 1 zum Kühlraum 4 geführt wird. Dazu ist insbesondere ein Ventilator 8 vorgesehen, der außerhalb des Kühlraums 4 angeordnet ist, wobei der Ventilator 8 und der Verdampfer 1 als Kühlmodul 10 am Kühlfahrzeug 2 befestigt sein kann. Das Kühlfahrzeug 2 weist insbesondere mindestens einen ersten Kühlraum 4 für Temperaturen unterhalb von 0°C, insbesondere unterhalb –10°C, und mindestens einen zweiten Kühlraum 9 für Temperaturen oberhalb von 0°C, insbesondere zwischen +4 und +10°C, auf. Der Verdampfer 1 kann in einem oberen Bereich 11, insbesondere am Dach oder an der Stirnseite, des Kühlfahrzeugs 2 angeordnet sein. Der Tank kann 5 in einem unteren Bereich 12 des Kühlfahrzeugs 2, insbesondere unter dem Kühlfahrzeug 2, angeordnet sein. Am Tank 5 ist insbesondere eine Drucksteuerung 38, insbesondere mit einem Druckaufbaumittel 13 wie beispielsweise einer Widerstandsheizung, vorgesehen, durch die das verflüssigte Gas in den Verdampfer 1 gedrückt wird. Vorteilhafterweise ist ein Mittel 20 zur Überprüfung der Gasdichtigkeit des Kühlsystems insbesondere des Verdampfers 1 vorgesehen. Die erforderliche Heizenergie kann der Umwelt entnommen werden.
Ein vorteilhaftes Verfahren zum Kühlen eines Kühlraums 4 eines mobilen Kühlfahrzeugs 2, umfasst die folgenden Verfahrenschritte: Entnehmen eines verflüssigten Gases aus einem Tank 5 und Zuführen des Gases in einen außerhalb des Kühlraums 4 angeordneten Verdampfer 1; Entnehmen eines zu kühlenden Kühlluftstroms aus dem Kühlraum 4; Verdampfen des verflüssigten Gases in dem Verdampfer 1 und Ausnutzen zumindest eines Teils des Kälteinhalts zum Abkühlen des Kühlluftstroms; Einleiten des gekühlten Kühlluftstroms in den Kühlraum 4.
Ein insbesondere vor dem Hintergrund eines hohen Kälteausnutzungsgrad besonders vorteilhafter Wärmetauscher 30 für ein mobiles Kühlfahrzeug 2 mit einem Tank 5 für verflüssigtes Gas, umfasst mindestens eine Rohrleitung 14 zur Aufnahme eines Stroms eines verflüssigten Gases und zur Verdampfung mindestens eines Teils des verflüssigten Gases, wobei die Rohrleitung 14 zumindest abschnittsweise eine Längsachse 19 aufweist und der Wärmetauscher 30 eine Eintrittsseite 26 für verflüssigtes Gas und eine Austrittsseite 25 für zumindest teilweise verdampftes Gas umfasst und wobei die Austrittsseite 25 mit einer Abgasleitung 6 strömungsverbunden ist, wobei die Rohrleitung 14 in ihrem Innern Elemente 18 zur Erzeugung von Strömungsturbulenzen oder zur Erzeugung einer radialen Trennung von Flüssig- und Gasphase aufweist. Durch die Strömungsturbulenzen wird eine Gasgrenzschichtdicke an einer Rohrwand 23 der Rohrleitung verringert, wodurch der thermische Kontakt des verflüssigten Gases mit der Rohrwand verbessert wird. Hierbei sind insbesondere die Elemente 18 durch Einbauten 21 in der Rohrleitung 14, insbesondere durch entlang zur Längsachse 19 sich erstreckende Profilstäbe 22 oder Profilleisten, gebildet, wobei vorteilhafterweise die Profilstäbe 22 oder Profilleisten sternförmig, insbesondere mindestens zweistrahlig, vorzugsweise mindestens dreistrahlig, beispielsweise mindestens 5 strahlig, sind. Die Einbauten 21 können sich entlang der Längsachse 19 verdrillt erstrecken. Die Einbauten 21 können sich entlang der Längsachse 19 wellenförmig erstrecken. Vorteilhafterweise weist die Rohrleitung 14 eine Rohrwand 23 auf und die Rohrwand 23 ist entlang der Längsachse 19 profiliert, insbesondere gewellt oder verdrillt. Die Rohrleitung 14 kann einen Innenrohrquerschnitt aufweisen, der sich entlang der Rohrleitung 14 ändert. Insbesondere ist die Fläche der Projektion eines ersten Innenrohrquerschnitts an einer ersten Rohrleitungsstelle 15 auf einen zweiten Innenrohrquerschnitt an einer zweiten Rohrleitungsstelle 16 kleiner als 90 %, insbesondere kleiner als 70 %, vorzugsweise kleiner als 50 %, der Fläche des Innenrohrquerschnitts. Dabei sind die erste und die zweite Rohrleitungsstelle entlang einer Längsrichtung der Rohrleitung um 100 mm beabstandet.
Die Rohrleitung 14 kann an ihrer Außenseite insbesondere aufgewalzte Lamellen 17 aufweisen, wobei die Lamellen 17 schraubenförmig umlaufend und/oder wellenförmig sind. Die Rohrleitung 14 und die Elemente 18 sind insbesondere aus einem homogenen Material, insbesondere Kupfer, gefertigt, insbesondere aus dem Außenbereich des fluidführenden Rohrs aus einem Stück gedrückt, verschweißt oder verlötet. Hierdurch werden thermisch induzierte Verspannungen reduziert. Die Elemente 18 können einen Innenrohrquerschnitt der Rohrleitung 14 in mindestens zwei, insbesondere mindestens 3, vorzugsweise mindestens 5, Innenrohrteilquerschnitte unterteilen. Hierdurch wird das Verhältnis der Wandgesamtoberfläche zum Rohrleitungsvolumen verbessert. Insbesondere verbreitern sich die Innenrohrteilquerschnitte radial nach außen hin. Ein Phasentrenner 24 zum Abtrennen von verflüssigtem Gas von verdampftem Gas vorgesehen ist, der mit der Austrittsseite 25 strömungsverbunden ist. Der Phasentrenner kann 24 als Druckbehälter ausgebildet sein. Die Eintrittsseite 26 für das verflüssigte Gas kann geodätisch oberhalb der Austrittsseite 25 für das zumindest teilweise verdampfte Gas angeordnet sein. Vorteilhafterweise weist der Wärmetauscher 30 eine wendelförmig um die Rohrleitung 14 gewickelte Widerstandsheizung 28 auf. Hiermit kann am Wärmetauscher gebildetes Eis entfernt werden. Unterhalb der Rohrleitung 14 kann eine Auffangwanne 31 für Kondensat vorgesehen, wobei insbesondere die Auffangwanne 31 ein Heizelement 32 aufweist. Der Wärmetauscher 30 kann ein insbesondere aus thermoplastischem Kunststoff hergestelltes Wärmetauschergehäuse 29 aufweisen, welches die Luftführung innerhalb des Wärmetauschers 30 vorgibt, wobei insbesondere eine Ausblasöffnung 33 vorgesehen, welche Fangkanten 34 zum Auffangen von Wassertropfen aufweist. Mit Hilfe der Fangkanten 34 kann vermieden werden, dass Tauwasser in die Strömungskanäle 7 eingeblasen wird und dort vereist. Vorteilhafterweise sind mindestens ein Drucksensor 35 am Wärmetauscher 30 und ein Mittel 20 zur Überprüfung der Gasdichtheit des Kühlsystems insbesondere des Wärmetauschers 30 vorgesehen, wobei insbesondere ein Temperatursensor 37 am Wärmetauscher 30 vorgesehen ist und mit dem Mittel 36 zur Überprüfung der Gasdichtheit elektrisch verbunden ist. Hierfür wird ein Überdruck in dem Leitungssystem für das verflüssigte Gas aufgebaut und beobachtet, ob dieser Überdruck stabil bleibt. Ein Absinken des Druckes indiziert eine Leckage. Die Temperatursensoren dienen dazu festzustellen, ob sich die Druckmessung beeinflussendes flüssiges Gas in der Rohrleitung befindet. Um auszuschließen, dass ein konstanter Druck auf ein defektes Zulaufventil zurück zu führen ist, wird im Rahmen der Gasdichtheitsprüfung auch ein Funktionstest der Ventile durchgeführt. Dieser entspannt zunächst den Druck aus dem zu prüfenden Volumen und sperrt den so im Prüfvolumen befindlichen Atmosphärendruck ein. Dieser darf nicht steigen, da sonst von einer Leckage in der Zulaufseite auszugehen ist.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Aufbauen eines Überdrucks in einem Tank 5 für verflüssigtes Gas eines Kühlfahrzeugs 2 mit einem Verdampfer 1 für das verflüssigte Gas, wobei der Verdampfer 1 mit dem Tank 5 über eine Leitung 42 für verflüssigtes Gas fluidleitend verbunden ist und wobei in der Leitung 42 ein Ventil 49 angeordnet ist, umfasst folgende Verfahrensschritte: Öffnen des Ventils 49 und Zulassen, dass verflüssigtes Gas aus dem Tank 5 in die Leitung 42 gelangt; Schließen des Ventils 49 derart, dass ein Anteil des verflüssigten Gases in der Leitung 42 verweilt und in den Tank 5 zurückströmen kann; Erwärmen des Anteils in der Leitung 42. Auf diese Weise wird Wärme/Energie in den Tank gebracht und führt dort zu einer Druckerhöhung. Bevorzugt wird die Leitung 42 so erwärmt, dass der in ihr befindliche Anteil zumindest teilweise verdampft. Mit dieser Verfahrensweise ist ein sehr effizienter Betrieb des Kühlverfahrens bzw. des Kühlfahrzeugs ohne Verwendung einer motorischen Pumpe möglich. Vorteilhafterweise wird zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils 49 in der Leitung 42 stromaufwärts vom Ventil 49 ein Volumen an verflüssigten Gas von mindestens 1/1500, insbesondere mindestens 1/700, beispielsweise mindestens 1/300, des Volumens des Tanks 5 eingeschlossen. Durch das Erwärmen verdampft insbesondere mindestens 10 %, insbesondere mindestens 20 %, beispielsweise mindestens 50 % oder mindestens 80%, des in der Leitung 5 verweilenden Anteils an verflüs sigten Gas. Das Erwärmen kann durch Umgebungswärme an der Leitung 42 erfolgen.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Fördern von verflüssigtem Gas aus einem Tank 5 in einen geodätisch höher gelegenen Verdampfer 1 eines Kühlfahrzeugs 2, wobei der Verdampfer 1 mit dem Tank 5 über eine Leitung 42 für verflüssigtes Gas strömungsverbunden ist und in der Leitung 42 ein Ventil 42 angeordnet ist, umfasst die Schritte: Aufbauen eines Überdruckes in dem Tank nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbauen eines Drucks, und Öffnen des Ventils 42 und Zulassen, dass das verflüssigte Gas durch den Überdruck in den Verdampfer 1 gedrückt wird. Zum Aufbauen des Drucks wird insbesondere das Ventil 42 stoßweise geöffnet.
Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zum Aufbauen eines Überdrucks in einem Tank 5 für verflüssigtes Gas eines Kühlfahrzeugs 2 mit einem Verdampfer 1 für das verflüssigte Gas, wobei der Verdampfer 1 mit dem Tank 5 über eine Leitung 42 für verflüssigtes Gas fluidleitend verbunden ist und wobei in der Leitung 42 ein Ventil 49 angeordnet ist, umfasst eine Steuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbauen eines Drucks, wobei insbesondere das Innenvolumen in der Leitung 42 stromaufwärts vom Ventil 49 mindestens 1/1500, insbesondere mindestens 1/700, beispielsweise mindestens 1/300, des Innenvolumens des Tanks 5 beträgt. Vorteilhafterweise weist die Leitung 42 eine thermische Isolation auf, wobei insbesondere die Leitung oder deren Isolation stromaufwärts von dem Ventil 49 eine solche Wärmebrücke 51 beziehungsweise eine solche Wärmekapazität aufweist, dass eine hinreichende Erwärmung des im Tank 5 befindlichen flüssigen Stickstoffs geleistet werden kann.
Ein vorteilhaftes Kühlsystem 45 für ein Kühlfahrzeug 2 mit mindestens einem Kühlraum 4, 9, einem Tank 5 für verflüssigtes Gas und einem Verdampfer 1 zum Verdampfen des verflüssigten Gases und Kälteabgabe an den Kühlraum 4, 9, wobei der Verdampfer 1 mit dem Tank 5 über eine Leitung 42 für verflüssigtes Gas fluidleitend verbunden ist und wobei in der Leitung 42 ein Ventil 49 angeordnet ist, sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufbauen eines Druckes vor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Gasdichtheit eines Kühlsystems 45 eines Kühlfahrzeuges 2 umfassend die folgenden Schritte: Erfassen eines zeitlichen Temperaturverlaufes an mindestens einer ersten Stelle 46 des Kühlsystems 45 und Bestimmen einer Änderung der Temperatur an der ersten Stelle 46 innerhalb eines ersten Zeitintervalls und Vergleichen der Änderung mit einem ersten Referenzwert und Auslösen eines ersten Warnsignals, falls die Änderung den ersten Referenzwert überschreitet; und/oder Beaufschlagen eines Leitungsabschnittes 57 des Kühlsystems 45 mit einem Überdruck und Absperren dieses Leitungsabschnittes 57 und Erfassen eines Druckverlaufs an mindestens einer ersten Stelle 47 in dem Leitungsabschnitt 57 und Bestimmen einer Änderung des Drucks an der zweiten Stelle 47 innerhalb eines zweiten Zeitintervalls und Vergleichen der Änderung mit einem zweiten Referenzwert und Auslösen eines zweiten Warnsignals, falls die Änderung den zweiten Referenzwert überschreitet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems, ein Kühlsystem sowie ein Kühlfahrzeug, wobei von den erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch gemacht wird. Die Erfindung zeichnet sich durch eine hohe Betriebssicherheit, Betriebszuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit aus.

1: Verdampfer
2: Kühlfahrzeug
3: Kühlraumgehäuse
4: Kühlraum
5: Tank
6: Abgasleitung
7: Strömungskanäle
8: Ventilator
9: Kühlraum
10: Kühlmodul
11: oberer Bereich
12: unterer Bereich
13: Druckaufbaumittel
14: Rohrleitung
15: erste Rohrleitungsstelle
16: zweite Rohrleitungsstelle
17: Lamellen
18: Elemente
19: Längsachse
20: Mittel zur Überprüfung des Gasdichtheit des Wärmetauschers 30 bzw de
: Verdampfers 1
21: Einbauten
22: Profilstäbe
23: Rohrwand
24: Phasentrenner
25: Austrittsseite
26: Eintrittsseite
27: gekühlte Kühlluft
28: Widerstandsheizung
29: Wärmetauschergehäuse
30: Wärmetauscher
31: Auffangwanne
32: Heizelement
33: Ausblasöffnung
34: Fangkanten
35: Drucksensor
36: Zuleitung des Phasentrenners 24
37: Temperatursensor
38: Drucksteuerung
39: zu kühlende Kühlluft
40: Ableitung des Phasentrenners 24
41: Verwirbelungsstruktur
42: Leitung für verflüssigtes Gas
43: elektrische Leitung
44: Anzeigegerät
45: Kühlsystem
46: erste Stelle
47: zweite Stelle
48: Tür
49: Ventil
50: Stirnseite
51: Wärmebrücke
52: Motor für Ventilator
53: Temperatursensor
54: Strömungsrichtung des verflüssigten Gases
55: weiteres Ventil
56: Abgas
57: Leitungsabschnitt

Claims

Verfahren zum Überwachen der Gasdichtheit eines Kühlsystems (45) eines Kühlfahrzeugs (2) umfassend die folgenden Schritte: Erfassen eines zeitlichen Temperaturverlaufs an mindestens einer ersten Stelle (46) im Kühlsystem (45) und Bestimmen einer Änderung der Temperatur an der ersten Stelle (46) innerhalb eines ersten Zeitintervalls; Vergleichen der Änderung mit einem ersten Referenzwert und Auslösen eines ersten Warnsignals, falls die Änderung den ersten Referenzwert überschreitet.
Verfahren zum Überwachen der Gasdichtheit eines Kühlsystems (45) eines Kühlfahrzeugs (2) umfassend die folgenden Schritte: Beaufschlagen eines Leitungsabschnittes (57) des Kühlsystems (45) mit einem Überdruck; Absperren dieses Leitungsabschnittes (57); Erfassen eines zeitlichen Druckverlaufs an mindestens einer zweiten Stelle (47) in dem Leitungsabschnitt (57) und Bestimmen einer Änderung des Drucks an der zweiten Stelle (47) innerhalb eines zweiten Zeitintervalls; Vergleichen der Änderung mit einem zweiten Referenzwert und Auslösen eines zweiten Warnsignals, falls die Änderung den zweiten Referenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach einer Zeitverzögerung erneut durchgeführt wird, wenn der Druck steigt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Warnsignal erfolgt, wenn der Druck unterhalb eines vorgegebenen Mindestdruck liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 in Kombination mit dem Verfahren nach Anspruch 1, wobei insbesondere das Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4 durchgeführt wird, wenn das erste Warnsignal ausgelöst ist.
Verfahren, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die aufeinander folgenden Schritte: a) Schließen eines Ventils (49) zwischen einem Tank und mindestens einem der folgenden Elemente: einem Wärmetauscher (30) und einem Verdampfer (1) bei zumindest zeitweise gleichzeitigem Öffnen eines weiteren Ventils (55), über welches eine strömungstechnische Verbindung zu einer Abgasleitung (6) herstellbar ist und Messen des Druckes zwischen dem Ventil (49) und dem weiteren Ventil (55); b) Schließen des weiteren Ventils (55) und Messen des Druckes zwischen dem Ventil (49) und dem weiteren Ventil (55); und c) Öffnen des Ventils (49) und Messen des Drucks zwischen dem Ventil (49) und dem weiteren Ventil (55).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Referenzwert einem Temperaturabfall von höchstens 20°C pro Minute, insbesondere höchstens 10°C pro Minute, beispielsweise höchstens 5°C pro Minute, entspricht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Referenzwert einem Druckabfall von höchstens 1 bar pro Minute, insbesondere höchstens 0.5 bar pro Minute, beispielsweise höchstens 0.2 bar pro Minute, entspricht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Grobtest das erste und/oder zweite Zeitintervall eine zeitliche Länge zwischen 1 Sekunde und 300 Sekunden, insbesondere zwischen 5 und 100 Sekunden, beispielsweise zwischen 10 und 60 Sekunden, aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Feintest das zweite Zeitintervall eine zeitliche Länge zwischen 10 Minuten und 24 Stunden, insbesondere zwischen 30 Minuten und 12 Stunden, beispielsweise zwischen 1 Stunde und 4 Stunden, aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung der Gasdichtheit durch das Ausschalten des Kühlfahrzeugs (2) initiiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Warnsignal mit einem Anzeigegerät (44) optisch und/oder akustisch signalisiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung während einer Abtauphase des Kühlsystems (45) initiiert und/oder durchgeführt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems (45) eines Kühlfahrzeugs (2) mit mindestens einem Kühlraum (4, 9) umfassend eines der Verfahren zum Überprüfen der Gasdichtheit des Kühlsystems (45) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (45) einen Ventilator (8) aufweist und der Ventilator (8) im Fall einer detektierten Gasleckage angeschaltet wird, wenn eine Tür (48) des Kühlraums (4, 9) geöffnet wird.
Kühlsystem (45) für eine Kühlfahrzeug (2) umfassend mindestens einen Tank für verflüssigtes Gas, mindestens einen Verdampfer (1) und ein Mittel (20) zur Überprüfung der Gasdichtheit des Kühlsystems (45) mit mindestens einem Temperatursensor (37) und/oder mindestens einem Drucksensor (35) zur Durchführung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Kühlsystem (45) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlraum (4, 9) mit einer Tür (48) und ein Ventilator (8) vorgesehen ist und der Ventilator (8) in Betrieb genommen wird, sobald die Tür (48) geöffnet ist.
Kühlfahrzeug (2) umfassend ein Kühlsystem (45) nach Anspruch 16 oder 17.