DE202014101619U1

DE202014101619U1 - Absorptionskälteanlage zur Kühlung von mobilen Kühlräumen

Info

Publication number: DE202014101619U1
Application number: DE202014101619.8U
Authority: DE
Original assignee: Spheros GmbH
Current assignee: Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2014-04-29
Anticipated expiration: 2024-04-08

Abstract

Absorptionskälteanlage (1) zur Kühlung von mobilen Kühlräumen, insbesondere LKW-Aufliegern oder Anhängern, die zumindest folgendes umfasst: – eine Wärmequelle, – einen Desorber (5), in dem mit Hilfe der von der Wärmequelle gelieferten Wärme Kältemittel aus einer angereicherten Lösemittel-Kältemittel-Mischung ausgetrieben wird, – einen Verflüssiger (9), der aus dem Desorber (5) über eine Dampfleitung (7) Kältemitteldampf erhält und diesen verflüssigt, – einen Verdampfer (16) für das Kältemittel, dem das Kältemittel aus dem Verflüssiger (9) über eine Kondensatleitung (12) und ein Drosselventil (14) zugeführt wird, – einen Absorber (20), der mit dem Verdampfer (16) über eine Niederdruckdampfleitung (19) in Strömungsverbindung steht und in dem eine abgereicherte Lösemittel-Kältemittel-Mischung den einen niederen Druck aufweisenden Kältemitteldampf absorbiert, – eine Pumpe (23), welche die im Absorber (20) wieder angereicherte Lösemittel-Kältemittel-Mischung dem Desorber (5) zuführt, – eine Rückströmleitung mit eingebautem Drosselventil (25), über welche die abgereicherte Lösemittel-Kältemittel-Mischung aus dem Desorber (5) zum Absorber (20) zurückgeführt wird, und – elektrisch betriebene Komponenten (10, 17, 21, 23), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ein zur direkten Befeuerung dienender Brenner (3) ist.

Description

Für den Transport von temperatursensiblen Waren wie z.B. leicht verderblichen Lebensmitteln oder pharmazeutischen Produkten werden Transportfahrzeuge benötigt, die mit einer Kühleinrichtung ausgestattet sind.
Insbesondere für den Fernverkehr und für die Kühlung von Sattelaufliegern werden in der Praxis bisher ausschließlich Kompressionskältemaschinen mit einem eigenen, d. h. von der Zugmaschine unabhängigen Dieselmotor verwendet, der es ermöglicht, diese Anlagen auch nachts laufen zu lassen, wenn der Fahrer seine Ruhezeiten einhält, und der im Falle von Sattelaufliegern eine von der Zugmaschine unabhängige Funktion gewährleistet. Der Dieselmotor treibt den Kompressor der Kältemaschine entweder direkt mechanisch gekoppelt oder indirekt elektrisch über einen Generator an. Diese Dieselmotoren sind jedoch ebenfalls laut und führen insbesondere in der Nacht auf den LKW-Parkplätzen zu einer eheblichen Lärmbelästigung.
Die Kombination aus Dieselmotor, Verdichter und evtl. noch Generator führt zu einem hohen Eigengewicht der bekannten, handelsüblichen Kälteanlagen, die für Sattelauflieger zwischen 700 und 900 kg wiegen. Das zusätzliche Gewicht reduziert das zulässige Zuladungsgewicht und führt zu einem erhöhten Treibstoffbedarf der Zugmaschine.
Die Investitionskosten für solche Transportkälteanlagen sind sehr hoch. Allein der zusätzliche Dieselmotor verschlingt etwa 25 % der Herstellkosten. Zudem ist der Wartungsaufwand enorm. Der Motor muss mindestens alle 1.500 Stunden gewartet werden (Öl- und Filterwechsel), aber auch Riemen und andere bewegliche Teile sind häufig zu wechseln.
Aus dem druckschriftlichen Stand der Technik, beispielsweise der EP 0 196 343 A1 , sind Kühlaggregate insbesondere für Lastwagen und dergleichen bekannt, die eine nach dem Absorptionsprinzip arbeitende Kältemaschine umfassen. Dabei besteht der wesentliche Unterschied zwischen einer solchen Absorptionskälteanlage und den handelsüblichen Kompressionskälteanlagen darin, dass ihr Antrieb nicht mechanisch sondern thermisch erfolgt. Absorptionskälteanlagen werden deshalb meistens dort eingesetzt, wo größere Mengen an Abwärme anfallen und zugleich Kälte benötigt wird. Demgemäß schlägt die oben erwähnte Druckschrift auch vor, die zum Betrieb der Kältemaschine erforderliche Wärme aus der Abwärme des Dieselmotors des Lastkraftwagens zu gewinnen.
Dies führt jedoch zu einer Reihe von gravierenden Nachteilen: So ist der zu Realisierung einer solchen Abwärmenutzung erforderliche Eingriff in die LKW-Abgasanlage außerordentlich aufwendig und angesichts der geltenden und in der Zukunft noch strenger werdenden Abgasnormen nur schwer zu realisieren. Außerdem muss bei geparktem LKW dessen Motor ständig laufen, was wiederum zu einer erheblichen Lärmbelästigung führt. Bei einer Trennung von Zugmaschine und Sattelaufliegern ist ein Kühlbetrieb nicht möglich.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kälteanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Vorteile eines nach dem Absorptionsprinzip arbeitenden Systems in vollem Umfang genutzt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammengefassten Merkmale vor.
Die erfindungsgemäße Absorptionskälteanlage unterscheidet sich vom Stand der Technik zunächst dadurch, dass sie einen eigenständigen Brenner als Wärmequelle aufweist, dem als Brennstoff Dieselöl und/oder Gas zugeführt werden kann, das einem am Anhänger oder Sattelauflieger vorgesehenen Tank entnehmbar ist.
Durch die Verwendung einer derartigen Absorptionskälteanlage wird eine Reihe von Vorteilen erzielt:
Hierzu gehört, dass der Energieverbrauch von Absorptionskälteanlagen im Vergleich zu dieselbetriebenen Kompressorkälteanlagen deutlich geringer ist; gesteigert wird dieser Effekt durch das geringere Gewicht der Absorptionskälteanlage, das zu einem geringeren Treibstoffverbrauch des Transportfahrzeuges führt.
Da Absorptionskälteanlagen keinen Dieselmotor und auch keinen Verdichter haben, arbeiten sie fast geräuschlos. Nur die Lüfter von Verflüssiger und Verdampfer sowie der Gas- oder Dieselbrenner führen zu einer geringen Geräuschentwicklung, die jedoch nicht über der von normalen Haushaltsheizungen liegt. Das Gleiche gilt für die gegebenenfalls vorgesehene Pumpe, mit welcher der Dieselkraftstoff zum Brenner gefördert wird.
Als Kältemittel kann vorzugsweise kostengünstiges Ammoniak (NH₃) zum Einsatz kommen, wobei dann als Lösemittel Wasser dient. Da Absorptionskälteanlagen hermetisch dicht und Leckagen deshalb sehr unwahrscheinlich sind, spielen die Giftigkeit und Brennbarkeit von Ammoniak keine Rolle. Als Haushaltswärmepumpen werden solche Anlagen immerhin im Keller aufgestellt. Abgesehen davon befindet sich die Transportkälteanlage außen am Fahrzeug, so dass im Falle einer Leckage, die z.B. durch einen Unfall verursacht werden könnte, kaum Gefahr für Menschen besteht (Ammoniak ist leichter als Luft und entweicht nach oben).
Die Herstellungskosten für eine Absorptionskälteanlage liegen bei vergleichbarer Kälteleistung deutlich niedriger als bei einer handelsüblichen Kompressions-Transportkälteanlage für Sattelauflieger.
Darüber hinaus muss eine Absorptionskälteanlage kaum gewartet werden, zumindest liegen die Wartungsintervalle weit über denjenigen von dieselbetriebenen Kompressionsanlagen, so dass hier ein zusätzlicher Kostenvorteil für den Anwender entsteht.
Erschütterungen und Vibrationen, die im Straßenverkehr unvermeidlich sind, schaden einer Absorptionskälteanlage nicht; im Gegenteil, sie sind für den Wärme- und Stoffübergang im Absorber sogar förderlich.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist ein thermischer Stromerzeuger vorgesehen, dem ein Teil der vom Brenner erzeugten Wärme zuführbar ist, um daraus die für den Betrieb der elektrischen Komponenten der Absorptionskälteanlage, wie z. B. der Gebläse, Pumpen, Sensoren und Regler erforderliche elektrische Energie zu erzeugen.
Hierdurch wird ein völlig autarker Betrieb der erfindungsgemäßen Absorptionskälteanlage ermöglicht, die dann mit Ausnahme des Brennstofftanks für den Brenner von äußeren Energiequellen unabhängig ist.
Unter einem thermischen Stromerzeuger wird jede Vorrichtung verstanden, die aus Wärme, insbesondere Abwärme elektrischen Strom zu erzeugen vermag. Hierzu gehören z. B. auf dem Seebeck-Effekt beruhende Thermogeneratoren und thermophotovoltaische Module.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen Absorptionskälteanlage sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt die einzige Figur eine schematische Blockdarstellung der wichtigsten Komponenten einer erfindungsgemäßen Absorptionskälteanlage. Dabei geben die durchgezogenen Verbindungslinien zwischen den einzelnen Blöcken die Strömungswege des Kältemittels in Richtung der jeweiligen Pfeilspitze wieder, während mit gestrichelten Linien gezeichnete Blöcke optionale Komponenten sind, die für die Funktion einer erfindungsgemäßen Absorptionskälteanlage nicht unbedingt erforderlich sind und daher gewünschtenfalls auch weggelassen werden können.
Die erfindungsgemäße Absorptionskälteanlage 1 umfasst eine Wärmequelle, die von einem eigenen, zur direkten Befeuerung dienenden Brenner 3 gebildet wird, der mit Gas und/oder Dieselkraftstoff betrieben werden kann, der vorzugsweise aus einem eigenen Brennstofftank des Lastwagenanhängers oder Sattelaufliegers entnommen wird.
Die Wärme des Brenners 3 wird einem Desorber (Austreiber) 5 zugeführt, so dass in diesem aus einer angereicherten Lösemittel-Kältemittel-Mischung Anteile des leichter flüchtigen Kältemittels ausgetrieben werden.
Der so entstehende Kältemitteldampf strömt über eine Dampfleitung 7 zu einem Verflüssiger 9, der mit Hilfe einer Gebläseeinrichtung 10 mit Umgebungsluft gekühlt wird, so dass in ihm der Kältemitteldampf verflüssigt wird.
Vom Verflüssiger 9 strömt das verflüssigte Kältemittel durch die Kondensat-Leitung 12 zu einem Drosselventil 14, in dem es eine Druckreduzierung erfährt und sich in einen nachfolgenden Verdampfer 16 hinein entspannt, wobei seine Temperatur deutlich absinkt.
Der Verdampfer 16 arbeitet als Wärmetauscher zwischen dem Kältemitteldampf und Luft, die mit Hilfe einer Gebläseeinrichtung 17 aus dem (nicht dargestellten) Innenraum des zu kühlenden Fahrzeugs angesaugt und mit abgesenkter Temperatur in diesen zurück geblasen wird.
Der durch den eben erwähnten Luftstrom im Verdampfer 16 erwärmte Kältemitteldampf strömt über eine Niederdampfdruckleitung 19 zu einem Absorber 20, in dem sich eine abgereicherte Kältemittel-Lösemittel-Mischung befindet, die das ankommende Kältemittel wieder absorbiert, wenn man den Absorber 20 beispielsweise mit Umgebungsluft kühlt, was mit Hilfe einer Gebläseeinrichtung 21 erfolgt.
Die mit Kältemittel angereicherte Lösemittel-Kältemittel-Mischung wird über eine Pumpe 23 zurück in den Desorber 5 gepumpt, sodass sich der Kreislauf schließt.
Die durch das Verdampfen von Kältemittel im Desorber 5 entstandene, abgereicherte Kältemittel-Lösemittel-Mischung strömt über ein Drosselventil 25 zum Absorber. Zur Verbesserung der Effizienz ist ein Lösungswärmetauscher 26 vorgesehen, in welchem die von der Pumpe 23 zum Desorber 5 strömende Kältemittel-Lösemittel-Mischung mit Hilfe von Wärme aus der in Gegenrichtung strömenden abgereicherten Mischung vorgewärmt wird.
Wichtig für das Konzept der erfindungsgemäßen Absorptionskälteanlage 1 ist, dass ein thermischer Stromerzeuger 30 vorgesehen ist, dem ein Teil der vom Brenner 3 erzeugten Wärme zugeführt wird, mit deren Hilfe er elektrischen Strom für ein eigenes Anlagen-Stromnetz erzeugt, an das alle elektrischen Verbraucher der Absorptionskälteanlage 1, insbesondere die Gebläsevorrichtungen 10, 17 und 21, die Pumpe 23, usw. angeschlossen sind. In den Fällen, in denen der Brenner 3 mit flüssigem Kraftstoff betrieben wird, erhält auch die hierfür erforderliche Brennstoffpumpe (nicht dargestellt) ihren elektrischen Strom aus diesem Anlagen-Stromnetz, das in der Figur durch strichpunktierte Linien symbolisiert ist, deren Pfeile die Flussrichtung des Stromes vom thermischen Stromerzeuger 30 zu den verschiedenen Verbrauchern anzeigen.
Damit ist die erfindungsgemäße Absorptionskälteanlage völlig autark und benötigt als Energiezufuhr lediglich den Dieselkraftstoff oder das Gas, mit dem der Brenner 3 betrieben wird. Die erfindungsgemäße Anlage kann daher auch dann arbeiten, wenn es sich bei dem zu kühlenden Raum um den Innenraum eines LKW-Anhängers oder Sattelaufliegers handelt, der von der Zugmaschine abgekoppelt ist. Insbesondere ist für ihren Betrieb nicht erforderlich, dass der Motor des betreffenden LKWs läuft.
Als Kältemittel-Lösemittel-Mischung wird vorzugsweise eine Ammoniak-Wasser-Lösung verwendet.
Optional kann das Anlagen-Stromnetz auch mit einem Anschluss 31 an ein äußeres Stromnetz ausgestattet sein, um einen reinen Elektrobetrieb (Garagenbetrieb) der erfindungsgemäßen Absorptionskälteanlage zu ermöglichen.
In diesem Fall kann entweder der Absorber 5 über einen elektrischen Heizer 32 beheizt werden und/oder es kann ein Hilfsverdichter 34 vorgesehen sein, dessen Elektromotor ebenfalls an das Anlagen-Stromnetz angeschlossen ist und der das vom Verdampfer 16 kommende Kältemittel aus der Niederdampfdruckleitung 19 direkt in die Dampfleitung 7 und somit zum Verflüssiger 9 befördert.
Die Absorptionskälteanlage 1 kann zusätzlich mit einem in der vom Verflüssiger 9 zum Drosselventil 14 führenden Leitung 12 angeordneten Kältemittelsammler 38 und einem in der vom Lösungswärmetauscher 26 zum Drosselventil 25 führenden Verbindungsleitung liegenden Pufferspeicher 39 für die kältemittelarme Kältemittel-Lösemittel-Mischung ausgestattet sein. Dadurch kann Kälteleistung gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden, so dass sich ohne zusätzliche Antriebsleistung kurzzeitig die Kälteleistung z. B. für ein schnelles Abkühlen des Fahrzeugs erhöhen lässt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0196343 A1 [0005]

Claims

Absorptionskälteanlage (1) zur Kühlung von mobilen Kühlräumen, insbesondere LKW-Aufliegern oder Anhängern, die zumindest folgendes umfasst: – eine Wärmequelle, – einen Desorber (5), in dem mit Hilfe der von der Wärmequelle gelieferten Wärme Kältemittel aus einer angereicherten Lösemittel-Kältemittel-Mischung ausgetrieben wird, – einen Verflüssiger (9), der aus dem Desorber (5) über eine Dampfleitung (7) Kältemitteldampf erhält und diesen verflüssigt, – einen Verdampfer (16) für das Kältemittel, dem das Kältemittel aus dem Verflüssiger (9) über eine Kondensatleitung (12) und ein Drosselventil (14) zugeführt wird, – einen Absorber (20), der mit dem Verdampfer (16) über eine Niederdruckdampfleitung (19) in Strömungsverbindung steht und in dem eine abgereicherte Lösemittel-Kältemittel-Mischung den einen niederen Druck aufweisenden Kältemitteldampf absorbiert, – eine Pumpe (23), welche die im Absorber (20) wieder angereicherte Lösemittel-Kältemittel-Mischung dem Desorber (5) zuführt, – eine Rückströmleitung mit eingebautem Drosselventil (25), über welche die abgereicherte Lösemittel-Kältemittel-Mischung aus dem Desorber (5) zum Absorber (20) zurückgeführt wird, und – elektrisch betriebene Komponenten (10, 17, 21, 23), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ein zur direkten Befeuerung dienender Brenner (3) ist.
Absorptionskälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermischer Stromerzeuger (30) vorgesehen ist, dem ein Teil der vom Brenner (3) erzeugten Wärme zuführbar ist, um daraus die für den Betrieb der elektrischen Komponenten (10, 17, 21, 23) der Absorptionskälteanlage (1) erforderliche elektrische Energie zu erzeugen
Absorptionskälteanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (3) mit Gas und/oder Dieselkraftstoff betreibbar ist.
Absorptionskälteanlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Stromerzeuger (30) zwischen dem Brenner (3) und dem Desorber (5) angeordnet ist.
Absorptionskälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Komponenten Gebläseeinrichtungen (10, 17, 21), Pumpen (23) und elektronische Steuereinheiten umfassen.
Absorptionskälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich zum Brenner (3) eine alternative Wärmequelle umfasst, die von einer durch ein äußeres Stromnetz betreibbaren elektrischen Widerstandsheizung (32) gebildet wird, die einen rein elektrischen Betrieb der Absorptionskälteanlage (1) ermöglicht.
Absorptionskälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich zum Brenner (3) einen durch ein äußeres Stromnetz elektrisch betreibbaren Kältemittelverdichter (34) umfasst, der das Kältemittel vom Verdampfer (16) ansaugt und in den Verflüssiger (9) komprimiert.
Absorptionskälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Pufferspeicher (39) für die abgereicherte Lösemittel-Kältemittel-Mischung und einen Kältemittelsammler (38) umfasst.