Bemerkenswertes aus Würzburg

Verdichter

Heinz Jürgensen von Bitzer Kühlmaschinenbau, Sindelfingen, berichtete über die neuen drehzahlgeregelten Kompaktschraubenverdichter des Unternehmens. Die vom Verdichter ertragbare obere Drehzahl wurde an den Kriterien des Schraubenpaares und der Lagerung zu 133 Hz ermittelt und dafür der Frequenzumrichter mechanisch und elektrisch passend entwickelt. Der Frequenzumrichter ist mit dem Ge-häuse des Verdichters fest verbunden und wird mit verdampfendem Kältemittel gekühlt. Der Regelbereich beträgt bis 1:6 und durch die stufenlose Anpassung der Kälteleistung an den Anlagenbedarf kann der Jahresenergieverbrauch beim Einsatz in einem Kaltwassersatz bis zu zwölf Pro­-zent gesenkt werden, was vor allem auf die guten Teillast-Leistungszahlen zurückzuführen ist. Bemerkenswert ist das mehr­stufige Überwachungskonzept für die Verdichter, dem die Überwachung der Annäherung an die Einsatzgrenzen zugrunde liegt. Es beginnt mit der Warnung bei Annäherung an die Grenze, nach 30 s gibt es einen Alarm und bei Überschreiten der Grenze erfolgt die sofortige Abschaltung des Verdichters.

Dr. Norbert Kämmer von Emerson Climate Technologies stellte Untersuchungen zur Leistungsregelung von Hubkolbenverdichtern in der Gewerbekälte vor. Ausgangspunkt ist die übliche Zylinderbankabschaltung in Kombination mit dem Ein-/Aus-Betrieb, die mit der neuen feinstufigen (digitalen) Zylinderabsperrung verglichen wird, wiederum mit Ein-/Aus- und Saugabsperr-Kombination. Weitere Versuchsbedingungen aus der Vielzahl der Kombinationsmöglichkeiten führten nach umfassenden und gründlichen Tests zum Ergebnis, dass die digitale Zylinderabschaltung im Zusammenspiel mit der Saugabsperrung die besten Ergebnisse erbringt und einen Regelbereich von 1:4 erlaubt. Die Vorteile der digitalen Regelung bestehen in einer deutlichen Verringerung der Saugdruckschwankungen und in Verbindung mit dem Ein-/Aus-Betrieb wird die Anzahl der Schaltzyklen deutlich gesenkt, was der gesamten Installation der Verbundanlagen zugutekommt. In der weiteren Entwicklung wurde erkannt, dass eine nennenswerte energetische Teillastverbesserung dann erreicht wird, wenn die dabei mögliche Saugdruckanhebung realisiert wird.

Dr.-Ing. Armin Hafnervon SINTEF Energy Research stellte ei-nen neuen Hubkolbenverdichter für die transkritische CO₂-Verdichtung vor, der gemeinsam mit Obrist Engineering und der Universität Trondheim entwickelt wird. Dabei handelt es sich um eine Neukonstruktion für einen weiten Leistungsbereich mit sechs Zylindern und einem Hubraum von 380 cm³. Der Drehzahlbereich er-streckt sich von 800 bis 4 000 U/min, wobei für die hohe Drehzahl ein spezielles Ventilsystem in Vorbereitung ist. Der Drehzahlbereich entspricht einem Hubraumstrombereich von 18 bis 90 m³/h. Der drehzahlregelbare Antrieb erfolgt mit einem Permanentmagnetmotor, der bis zu 100 kW Leistung aufnehmen kann. Mit diesem Verdichter wird die transkritische CO₂-Verdichtung bei Saugdrücken bis nahe des Tripelpunktes und Hochdrücken bis 130 bar für höhere Leistungen als bisher am Markt verfügbar möglich, wobei die zulässigen Kombinationen von Saug- und Hochdruck natürlich ausgetestet werden müssen. Die bildlich gezeigte konstruktive Lösung ordnet sich in die der transkritischen Verdichter der GEA Bock GmbH ein.

Dr. Christian Ellweinvon Kriwan Industrie-Elektronik stellte den neuen erweiterten Verdichterschutz des Unternehmens dar und ging auf den dadurch zu erreichenden praktischen Nutzen ein. Dieser besteht darin, dass alle relevanten Daten des Verdichters (Drücke, Temperaturen, Drehfeld des Motors, Öldruck bzw. Ölstand) in die Überwachung einfließen ­können und dass die Funktionalität der Temperaturüberwachung durch die Auswertung der Temperatur-Änderungsgeschwindigkeit deutlich verbessert wird. Mit einer zweiten Temperaturstufe können zudem Warnmeldungen ausgegeben werden. Störfälle sind dadurch frühzeitig erkennbar. Wesentliches Element dieser Verdichterschutzgeräte mit Dia­gnosefunktion ist der Advanced-Motor­protection-Sensor (AMS), der die Vorteile der heute noch eingesetzten PTC-Sensoren mit genannten erweiterten Funktionen verbindet. Durch eine Kommunikationsschnittstelle wird das System zum umfassenden Datenlieferanten in der Kälteanlage und die Diagnose-Software bietet für die Datenvisualisierung Lösungen an.

Wärmeübertrager

Michael Freiherr von der Güntner AG, Fürstenfeldbruck, verglich die Funktion und Wirkung von besprühten Trockenkühlern mit adiabaten Kühlsystemen für Verflüssiger. Während bei adiabaten Systemen die Luft durch verdunstendes Wasser schon vor dem Kühler abgekühlt wird (zum Beispiel durch Verdunstungsmatten), verdunstet das Wasser bei Sprühsystemen direkt an der Oberfläche des Kühlers. Die Nachteile der adiabaten Systeme bestehen vor allem im zusätzlichen Druckverlust, in der Verschmutzungsproblematik und im zusätzlichen Investitionsaufwand. Bei den Sprühlösungen ist nur die benetzte Oberfläche für die Leistung entscheidend. Mit der sektionsweisen Besprühung des Verflüssigers kann ein Regelkonzept für gleichbleibende Glykoltemperatur verwirklicht und damit der Wasserverbrauch minimiert werden. Am Ende ist die Energieeinsparung gegen die zusätzlichen Wasserkosten aufzurechnen, um keine Fehlinvestition zu tätigen. Wenn der Trockenkühler im Extremfall mit 100 Prozent Leistung angesetzt wird, kommt der adiabate Kühler auf 150 bis 200 Prozent und der besprühte auf 180 bis 300 Prozent. Im Vergleich ist beim Trockenkühler der Energiebedarf negativ zu bewerten, beim adiabaten Kühler die Realisierungsmöglichkeit und die Investitionskosten und beim Sprühkühler der Wasseraufwand und die Korrosionsgefahr.

Dipl.-Ing. (FH) Timo Maurath, Hochschule Karlsruhe (sprach auch für Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Kauffeld von der gleichen Hochschule) und Prof. Dr.-Ing. Thomas Wetzel vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) widmeten sich der wissenschaftlichen Durchdringung der Strömungskanäle der Microchannel-Wärmeübertrager unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der Kältemittelfüllmenge bei gleichzeitiger Steigerung des Wärmeübergangs. Dafür gibt es bisher keine exakten Auslegungskriterien. Ebenso wird ein günstiges Inhalts-Oberflächenverhältnis angestrebt, worauf die luftseitige Lamellengeometrie wesentlichen Einfluss hat. Durch günstige kältemittelseitige Strömungsführung kann bei reduziertem luftseitigen Druckverlust die äußere Wärmeübergangszahl gesteigert werden. Dabei wurden Varianten mit serpentinenförmigem Strömungsweg im Vergleich zu Parallelströmung und die Gestaltung der Dome mit Kältemittel-Verteilereinbauten untersucht. An einem Beispiel konnte die Kälteleistung um neun Prozent und der Kältemittel-Massenstrom um 13 Prozent verbessert werden. Als weitere Aufgabe sehen die Forscher die Optimierung der kältemittelseitigen Kanalgeometrie, wobei sich die tonnen- und quadratförmigen Kanäle schon als die ungünstigsten erwiesen haben.

Kältemittel und Fahrzeuge

Im Vorfeld der DKV-Tagung waren zwei Informationen bekannt geworden, auf deren Behandlung auf der Tagung gewartet wurde. Das war einerseits der angekündigte Ausstieg von Daimler aus der Kraftfahrzeugklimatisierung mit dem Kältemittel HFO 1234 yf, und andererseits die neue EG-Richtlinie zum HFKW-Ausstieg. Zum zweiten Thema wurde schon und wird weiter an anderer Stelle berichtet, während auf die erste Pro­blematik hier kurz eingegangen werden soll.

Zuerst sprach vor vollem Saal Dr. Walter Sorg von DuPont in einem zusätzlich in das Programm aufgenommenen Vortrag zu den Eigenschaften des HFO 1234 yf, vorrangig zu den Risiken infolge der Brennbarkeit. Er stellte den angelaufenen Ausstieg der Kraftfahrzeugklimatisierung aus dem Kältemittel R 134 a dar und erwähnte die im Oktober begonnene Produktion des neuen Kältemittels in einer neuen Anlage in China mit bedarfsgerechten Produktionsmengen. Dr. Sorg benannte zum wiederholten Male das neue Kältemittel als sicher bei der Anwendung im Kraftfahrzeug, betonte die weltweite Akzeptanz bei den Kraftfahrzeugherstellern und untermauerte das mit der hohen erforderlichen Zündenergie, der geringen Brenngeschwindigkeit und der Erfahrung, dass es generell schwierig ist, das Kältemittel mit den meisten Zündquellen zur Entzündung zu bringen. Die unterschiedlichen angefertigten Risikobetrachtungen ergeben zahlenmäßig ausreichend niedrige Werte für die Risikowahrscheinlichkeit. Prüfstellen wie der TÜV Süd, das Statistische Bundesamt und der VDA sehen keine Hindernisse für die Verwendung dieses Kältemittels bei der Kraftfahrzeugklimatisierung.

Später sprach dann Jürgen Wertenbach von der Daimler AG, Stuttgart, (nicht wie angekündigt vom VDA) auch wieder vor vollem Saal zu den Prüfungen, die bei Daimler durchgeführt worden sind und die zum Entschluss geführt haben, das HFO 1234 yf nicht zu verwenden. Er schilderte die Versuchsbedingungen und deren Ergebnisse und zeigte jeweils kurze Videos über die Brandentstehung und seine Ausbreitung, bis die versuchsmäßig eingebaute Löscheinrichtung wirksam wurde. Es wurde ein Frontalzusammenstoß mit aufgeladenem Ottomotor simuliert, wobei vor dem Crash verschiedene Fahrprofile berücksichtigt wurden. Dabei entzündete sich das gesteuert austretende Kältemittel-Öl-Gemisch schnell und bildete eine sich selbst erhaltende Entflammung, die (wenn sie nicht gelöscht würde) zum Fahrzeugvollbrand führt. Zudem kommt es zu Verätzungen der Frontscheibe durch die Verbrennungsgase. Diese Ergebnisse stellt die Daimler AG anderen Fahrzeugherstellern zur Verfügung und zur weiteren Verfahrensweise steht man in Verhandlungen mit den Behörden.

Es gab drüber hinaus noch erfreulich viele weitere bemerkenswerte Vorträge. Deren Inhalte kann sich der Leser nach dem Erscheinen der Vorträge-CD selbst erarbeiten. Das komplette Vortragsprogramm war ja im Vorfeld der Tagung bereits vielfach publiziert worden. U A -