Untersuchung eines Latentwärmespeichers mit Naturumlauf für den Teillastbetrieb von Kälteanlagen

摘要

Die thermische Konditionierung von Kammern oder Räumen mit betriebsbedingt stark schwankenden Temperatur- und Leistungsanforderungen (z.B. bei der Bauteilprüfung) stellt für typische Kompressionskälteanlagen eine große Herausforderung dar. Diese zeigt sich vorrangig in geforderten schnellen Temperaturwechseln, aber auch im langen Halten von definierten Temperaturen. In der Folge ergibt sich ein ausgedehnter Teillastbereich, dessen Effizienz bei Verwendung der üblichen Regelungsmethoden, wie die Niederdruck- oder Heißgasbypassregelung, im Allgemeinen stark vermindert ist. Die direkte Einbindung eines Latentwärmespeichers (kurz PCM für phase change material) in den Kältekreislauf kann hier eine effiziente Möglichkeit zur Bereitstellung von besonders kleinen Kälteleistungen im Teillastbereich über einen längeren Zeitraum darstellen. Dabei soll das PCM über einen im Speichermaterial befindlichen Zusatzverdampfer in geeigneten Betriebsphasen beladen werden können. Beim späteren Entladen wird im Zusatzverdampfer das Kältemittel kondensiert und dem Hauptverdampfer der Kälteanlage zur Verfügung gestellt. Hierbei bietet sich - bei geeignetem konstruktivem Aufbau der Kälteanlage - zusätzlich die Verwendung des Naturumlaufprinzips an, das vollständig auf weitere Pumpen verzichtet. Ähnliche Systeme ohne Naturumlauf sind aus dem Automobilbereich bekannt, bei denen das PCM zur Überbrückung von Verdichterstillstandzeiten verwendet wird. Weitere Konzepte mit PCM dienen z.B. in der Haushaltskühlung zum Abfangen von Spitzenlasten oder zur Verlegung des Energiebedarfs in die Nacht. Die vorliegenden Untersuchungen erläutern zunächst mit theoretischen Betrachtungen an einem konkreten Beispiel den Einsatzkorridorfürdie Einbindungeines PCM-Speichers mit Naturumlauf. Darüber hinaus werden erste Vorversuche an einem neuen Prüfstand an der Technischen Universität Dresden präsentiert, mit denen im aktuellen Stadium der Untersuchungen ein grundsätzlicher Funktionsnachweis erbracht werden konnte.