DE4307363A1 - Vorrichtung zur Kälteerzeugung auf Schiffen - Google Patents

Vorrichtung zur Kälteerzeugung auf Schiffen

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DE4307363A1
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Karl-Heinz Dr Ing Hochhaus
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HOCHHAUS KARL HEINZ DR ING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J2/00—Arrangements of ventilation, heating, cooling, or air-conditioning
    • B63J2/12—Heating; Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • F25B15/02—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/02—Machines, plants or systems, using particular sources of energy using waste heat, e.g. from internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02A40/90—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in food processing or handling, e.g. food conservation
    • Y02A40/963—Off-grid food refrigeration
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    • Y02P60/85—Food storage or conservation, e.g. cooling or drying
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanlage, umfassend mindestens eine Absorptionsanlage als Kälteerzeuger, einen Solekühler und einen solegekühlten Luftkühler in einem Kühlraum oder in einem Kühlstab, an denen Isoliercontainer zur Kaltluftversorgung angekoppelt werden können.
Schiffe sind in der Regel lange auf See und der Proviant wird weit­ gehend in schiffsfesten Kühlräumen in ausreichenden Mengen mitgeführt.
Der Transport von gekühlter Ladung wird mit Kühlschiffen und Kühlcontainern durchgeführt. Die Kühlcontainer werden vorteilhaft eingesetzt für kleinere Ladungspartien und wenn eine geschlossene Kühlkette auch beim Weitertransport an Land gewährleistet sein muß (1).
Kühlcontainer sind als
  • - Integrierte Container mit eigenen Kälteanlagen und als
  • - Isoliercontainer, die von schiffsfesten Anlagen (Kühlstäbe) mit Kaltluft versorgt werden, bekannt (2).
Für all diese Zwecke werden Kältemaschinen zur Kälteerzeugung benötigt, die zur Abkühlung der Luft in den Proviantkühlräumen, in den Kühlstäben und in den Kühlladeräumen dienen.
Die Komponenten der Systeme zur Kaltlufterzeugung, Verdichter, Lüfter und Pumpen werden elektrisch angetrieben. Der elektrische Energieverbrauch der Isoliercontainer beträgt etwa die Hälfte der Integrierten Container. Die Kälteanlagen arbeiten mit dem Kompres­ sionsverfahren nach dem Prinzip des Kaltdampfprozesses heute überwie­ gend mit Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW). Diese Kältemittel sind als ozonschichtgefährdend bekannt und werden daher verboten. Zur Zeit werden Ersatzstoffe erprobt und eingeführt.
Die im Patentausspruch 1 angegebene Erfindung vermeidet FCKW und benötigt sehr viel weniger elektrische Energie und nutzt dagegen die auf Schiffen ausreichend zur Verfügung stehende Abwärme.
Es ist bekannt, Absorptionsanlagen zur Kälteerzeugung einzusetzen. Dabei werden Verfahren mit dem Stoffpaar Ammoniak-Wasser für die Tiefkühlung angewendet. Für Ladungskühlanlagen auf Schiffen ergeben sich durch die Erfindung erhebliche energetische und umweltfreundliche Vorteile, da die Abwärme ausgenutzt wird und elektrische Energie nur zum Pumpenantrieb benötigt wird.
Es ist bekannt, Dampf in einem Abgaskessel aus der Abgaswärme von Motoren zu erzeugen. Diese Technik wird besonders auf Schiffen eingesetzt, die neben der Wärmeversorgung zu Heizzwecken für die Besatzung einen großen Heizwärmebedarf zur Aufbereitung und Vorwär­ mung des Brennstoffes (Schweröl) haben. Die in diesem Abgaskessel er­ zeugte Dampfmenge läßt sich mit Anwendung des in (3) beschriebenen Gleitdruckverfahrens vorteilhaft an den Dampfbedarf anpassen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin
  • - Die Kaltluftversorung für Proviantkühlräume, Isoliercontainer und Ladungskühlräume ohne FCKW-haltige Kältemittel zu ermög­ lichen,
  • - die auf Schiffen ausreichend vorhandene Abwärme (Abgas, Kühlwasser, Dampf) zu nutzen und dadurch den elektrischen Energiebedarf deutlich zu senken
  • - die Zeit, in der nicht genug Abwärme vorhanden ist, mit Kältespeicher und Wärmespeicher zu überbrücken.
Die Erfindung wird im nachfolgenden Text anhand der Zeichnung 1 als Übersicht und in der Zeichnung 2 am Beispiel beschrieben. In der schematischen Zeichnung 1 ist das Gesamtsystem, bestehend aus der
  • - Wärmequelle (Hauptantriebsmotor-Abgaskessel-Dampfsystem)
  • - Kälteanlage (Absorptionsanlage) und dem
  • - Kaltluftsystem für die Isoliercontainer dargestellt.
Der Hauptmotor, der zum Schiffsantrieb dient, gibt je etwa 50% der Antriebsleistung über das Abgas und das Kühlwasser an die Umwelt. Mit dem Abgaskessel wird Dampf < 6 bar erzeugt, der für verschiedene Heizzwecke dient. Dieser Dampf und das Motorkühlwasser können zur Beheizung des Kochers der Absorptionsanlage dienen.
Die Absorptionsanlage wird in Zeichnung 2 dargestellt. Sie besteht aus dem
  • - Absorber zur Unterdruckerzeugung
  • - Kocher zur Trennung von Ammoniak und Wasser
  • - Verflüssiger zur Kondensation des Ammoniaks
  • - Verdampfer, in dem das Ammoniak bei niedrigem Druck verdampft wird.
Die Verdampfungswärme wird von der Sole an das Ammoniak übertragen.
Die Sole dient als Medium zur Kältübertragung und wird durch ein Sole­ system zu den einzelnen Luftkühlern in den Kühlstäben gepumpt.
Die Unterdruckerzeugung erfolgt im Absorber, wodurch sich das Wasser immer mehr mit Ammoniak anreichert. Je mehr Ammoniak im Wasser gelöst ist, umso geringer ist die Absorptionsfähigkeit. Daher wird ständig ein Teil der mit Ammoniak angereicherten Lösung in den dampfbeheizten Kocher gepumpt, in dem eine Trennung von Wasser und Ammoniak erfolgt, da Ammoniak eine niedrigere Verdampfungstemperatur als Wasser hat. Das Wasser wird über ein Drosselventil in den Absorber zurückgeführt.
Im Verflüssiger erfolgt die Kondensation des gasförmigen Ammoniaks. Von hier strömt das Ammoniak über das Expansionsventil in den Verdampfer. Die bei der Verdampfung benötigte Verdampfungswärme ent­ nimmt das Ammoniak der Sole, die durch den Verdampfer geführt wird.
Zur Prozeßoptimierung der Gesamtanlage können noch weitere Wärme­ tauscher vorgesehen werden.
Statt der in der Zeichnung 1 dargestellten Luftkühler in den Kühlstäben können es sich um Luftkühler in Proviantkühlräumen oder Ladekühlräumen von Schiffen handeln.
Die Kälteanlage hat im Gegensatz zu Kompressionskälteanlagen wenig be­ wegte Teile. Sie ist dadurch wartungsarm und leise und ist daher vor­ teilhaft auf modernen Schiffen mit wenig Personal einsetzbar.
In Zeiten, in denen die Abwärme des Hauptmotors nicht ausreicht (Re­ vier-Hafenbetrieb), können die Abwärme der Hilfsdiesel und u. U. Dampf- und Kältespeicher genutzt werden. Bei höherem Heizwärmebedarf wird die Heizdampf- oder Heizwasserversorgung vom Hilfskessel übernommen.
Mit Hilfe des Gleitdruckbetriebes der Dampfanlage kann die Abgasenergie optimal genutzt werden. Im Teillastbetrieb des Hauptmotors läßt sich dadurch mehr Heizdampf bei niedrigerem Druck erzeugen.
Literatur
(1) Linde, H.: Transport von Kühlladung in Containern an Bord von Container­ schiffen, STG-Jahrbuch Band 65, 1971 S.197 ff; Springer-Verlag
(2) Hochhaus, K.H.: Kühlcontainertransport auf Schiffen, Hansa 129. Jahrg., 1992 Nr. 3, S. 242 ff
(3) Hochhaus K.-H.: Dynamisches Verhalten von Hilfsdampfanlagen VDI-Fortschrittberichte, Düsseldorf 1986; S. 106-109.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Kälteerzeugung auf Schiffen zur Kühlung von Kühlgütern auf Kühlschiffen (Plusladung, Minusladung), für Proviantzwecke und Porthole-Kühlcontainer auf Kühlcontainer­ schiffen, umfassend mindestens eine Absorptionskältemaschine mit Absorber, Verdampfer und Verflüssiger, dadurch gekennzei­ chnet, daß der Kocher mit einem Heizmedium aus dem schiffs­ seitigen Abwärmesystem beheizt wird und die im Verflüssiger abgekühlte Sole die Luftkühler in den Kühlräumen oder Kühlstä­ ben (Porthole-Kühlcontainer) versorgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ heizung des Kochers mit Dampf erfolgt, der in einem Abgaskessel aus den Abgasen des Hauptmotors u. U. auch der Hilfsmotoren erzeugt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampferzeugung im Abgaskessel zur vorteilhafteren Ausnutzung im Gleitdruckbetrieb erfolgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ko­ cher statt mit Dampf mit Motorkühlwasser des Hauptmotors und/ oder der Hilfsmotoren beheizt wird.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung im Kocher durch Motorkühlwasser und Dampf erfolgt.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Dampfspeicher vorgesehen wird, der einen Teil der Stillstandszeiten des Hauptmotors überbrückt.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Kältespeicher vorgesehen wird, der im teil­ beladenen Schiffszustand als Ballast dient.
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