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Thermische Kälteerzeugung / Absorptionskältetechnik

Lutz Richter

+49-351-4081-714

Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, Fernwärme, Solarthermie oder Abwärme zur Kälteerzeugung

Entwicklung von Absorptionskälteanlagen und Einzelkomponenten

In Absorptionskälteanlagen (AKA) wird anstelle eines elektrisch angetriebenen Kompressors ein Sorptionskreislauf zur (thermischen) Verdichtung des Kältemittels eingesetzt. Bei dem Prozess wird die Abhängigkeit des Dampfdruckes von der Temperatur und der Konzentration zweier Stoffe (Kältemittel und Sorptionsmittel) genutzt. Somit kann Abwärme aus der Stromerzeugung, industrielle Abwärme oder solare Wärme für die Kälteerzeugung genutzt und hochwertige elektrischer Energie eingespart werden.

Seit vielen Jahren befassen wir uns mit der (Weiter-)Entwicklung von AKA mit den Arbeitsstoffpaaren Wasser/Lithiumbromid und Ammoniak/Wasser, vorrangig im Leistungsbereich bis 500 kW Kälteleistung. Neben der Erprobung neuer Kreislaufkonzepte sowie der Anpassung der Anlagen an die Temperaturbedingungen verschiedener Wärmequellen stehen vor allem die Einzelkomponenten im Fokus.

In den letzten Jahren wurden verstärkt Anstrengungen zur Optimierung der Wärmeübertrager unternommen. Dabei wurde sowohl der Einsatz strukturierter Rohroberflächen untersucht (Projekt STROBA) als auch die Entwicklung asymmetrischen Plattenwärmeübertrager für Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskälteanlagen (Projekt AsAb) erfolgreich vorangetrieben.

Mit dem erstmaligen Einsatz von kompakten Plattenwärmeübertragern in AKA konnte das Bauvolumen im kleinen Leistungsbereich um bis zu 40 % reduziert werden. Hierfür wurde das ILK Dresden gemeinsam mit dem langjährigen Entwicklungspartner EAW Energieanlagenbau Westenfeld GmbH mit dem Kältepreis 2018 (2. Platz in der Kategorie „Kälte- oder klimatechnische Innovation“) ausgezeichnet.

Rückkühlsysteme für den kleinen Leistungsbereich

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Optimierung und Weiterentwicklung von Rückkühlsystemen, die sich insbesondere im kleinen Leistungsbereich entscheidend auf die Effizienz der gesamten AKA auswirken.

Zum Beispiel wurde die Integration von wasserberieselten Modulen zur adiabaten Luftvorkühlung erfolgreich getestet. Ein weiterer Entwicklungsansatz ist der vollständige Verzicht auf ein zusätzliches Rückkühlsystem in direkt luftgekühlten AKA. Hierfür sind völlig neuartige, direkt mit Luft durchströmte Wärmeübertrager und Anlagenkonzepte erforderlich, die eine Außenaufstellung der Anlage ermöglichen.

Spezielle Entwicklungen für Nischenanwendungen

Für besondere Einsatzfälle, wie z.B. auf Schiffen oder in Kaskadenkälteanlagen in Kombination mit Kompressionskälteanlagen wurden spezielle AKA ausgelegt, angepasst, entwickelt und betrieben.

Durch den Gefrierpunkt von Wasser ist der Einsatzbereich konventioneller Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskälteanlagen eingeschränkt. Dank Modifikationen sowie die Verwendung von Kristallisationsadditiven und Mehrkomponentensalzgemischen wurde der Anwendungsbereich erfolgreich erweitert, bis hin zu einer Kältebereitstellung bei unter 0 °C (Projekte ModSE und MinusResorber).

Zudem hat die Arbeitsgruppe Erfahrung mit der Verwendung von Sorptionskreisläufen in Kompaktwärmetransformatoren oder Boosterabsorptionskälteanlagen. Durch Wärmetransformatoren lässt sich das Temperaturniveau von Abwärme anheben. In Boosteranlagen wird die thermische mit der mechanischen Verdichtung kombiniert.

Dienstleistungsangebot

Im Bereich der thermischen Kälteerzeugung bieten wir vielfältige Unterstützung bei Ihren Anliegen. Gerne erstellen wir für Sie Machbarkeitsstudien zu individuellen Themenstellungen und Konzepte für thermische Kälteerzeugungssysteme für einen speziellen Anwendungsfall. Weiterhin stehen wir Ihnen gerne beratend zur Seite bei der Umsetzung Ihrer Projekte oder auch bei Fehleranalysen und Ermittlung von Optimierungspotentialen.

In unserem Versuchsfeld mit einer flexiblen Medienversorgung führen wir vielfältige thermische und hydraulische Messungen an gesamten Anlagen sowie Einzel- und Teilkomponenten wie Wärmeübertragern, Pumpen oder Rückkühlsystemen nach kundenspezifischen Anforderungen durch.

Mobile Messsysteme ermöglichen uns zudem, Bestandsanlagen beim Kunden vor Ort zu vermessen und zu analysieren.

Auswahl bisher durchgeführter Projekte und Themenstellungen im Kundenauftrag:

  • Evaluierung von verschiedenen Abwärmequellen zur Kälteerzeugung
  • Analyse von Bestandsanlagen und Untersuchung von Möglichkeiten einer Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung unter Berücksichtigung von Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen für verschiedene Kunden aus der Lebensmittelindustrie und dem Logistikbereich
  • Untersuchung der Abwärmenutzung zur Kälteerzeugung in Nutzfahrzeugen
  • Potentialstudie zur Kühlung von Beton-Anmachwasser unter Einbeziehung der Abwärmenutzung eines Gas-BHKW
  • Messungen zum Wärmedurchgang in Plattenwärmeübertragern, z.B. für den Einsatz in Ammoniak-Wasser-AKA oder bei der Kondensation von Wasserdampf
  • Herstellerunabhängige Vermessung, Fehleranalyse, Optimierung von Absorptionskälteanlagen
  • Umrüstung einer zweistufigen Absorptionskältemaschine zur Effizienzsteigerung
  • Durchführung von Volumenstrom- und Temperaturmessungen an Rückkühlwerken
  • Prozessanalyse und Bewertung eines Prototyps einer Resorptionskältemaschine
  • Vermessung einer modifizierten Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskältemaschine zur Kälteerzeugung bei 2°C
  • Entwicklung und Bau eines Prüfstandes zur Untersuchung von Arbeitsstoffpaaren für Absorptionskälteanlagen

Laufende und abgeschlossene Forschungsprojekte

  • Entwicklung und Erprobung einer direkt luftgekühlten Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskälteanlage mit adiabater Luftvorkühlung und einer Kälteleistung von 50 kW (Projekt LAKA, 08/2017 - 11/2020)
  • Entwicklung spezieller asymmetrischer Plattenwärmeübertrager für den Einsatz in Wasser-Lithiumbromid-AKA (Projekt AsAB, bis 2018)
  • Konstruktion, Bau und Untersuchung einer Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskälteanlage mit ausschließlicher Verwendung von Plattenwärmeübertragern im Hochdruckteil (Projekt PAKA, bis 2016)
  • Entwicklung und Erprobung einer direkt luftgekühlten Sorptionskälteanlage zur solaren Klimatisierung (Projekt LuSoKa, bis 2015)
  • Verwendung von Kristallisationsadditiven und Mehrkomponentensalzgemischen in Wasser-Lithiumbromid-Resorptionskälteprozessen zur Kälteerzeugung unter 0°C (Projekt MinusResorber, bis 2011)
  • Evaluierung der Chancen und Grenzen von solarer Kühlung im Vergleich zu Referenztechnologien (Projekt EvaSolK, bis 2012)
  • Außenluft geführte Kompressions-Absorptions-Kaskadenkälteanlage mit neuen Plattenwärmeübertragern und gleitendem Mitteldruck zur energieeffizienten Tiefkälteerzeugung (Projekt GleiKas, bis 2016)
  • Komponentenentwicklung für eine hocheffiziente dezentrale solarunterstützte Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (Projekt SolTri, bis 2013)
  • Strukturierte WÜ-Oberflächen für Absorptionskälteanlagen (Projekt STROBA, bis 2014)

Ausgewählte Veröffentlichungen und weiterführende Links

Video “Thermally driven cold generation: air-cooled absorption chiller“ Winner of Video Competition 2013

Richter, M.: “Experimental experiences with an enhanced directly air-cooled water/LiBr absorption chiller “, 6th International Conference Solar Air-Conditioning, Rome  2015

Richter L. u.a.: „Neue Generation von Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskälteanlagen mit asymmetrischen Plattenwärmeübertragern“, DKV-Vortag 11_2018, Aachen

Richter L. u.a.: „NH3-H2O-Absorptionskälteanlagen mit Fusionsplattenwärmeübertrager – Aufbau und Anwendung“; KKA 4/2009, S. 40

Richter L.: „Ammoniak-Kaskadenkälteanlage mit Kompressions- und Absorptionsstufe“, Teil 1 KKA 1/2008 S. 52, Teil 2 KKA 2/2008 S. 52

Richter L. u.a.: „Hocheffiziente Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung “, KKA Sonderausgabe 2005, S. 58

Richter L.: „Mehrstufige Absorptionskälteanlagen in Energieverbundanlagen“, KI Luft- und Kältetechnik, 3/2003, S. 131

Richter L.: „Anpassung standortgerechter Sorptionskälteanlagen“, KI Luft- und Kältetechnik, 8/2000, S. 361


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