Untersuchung zweistufiger Transportkälteanlagen mit natürlichen Kältemitteln

Gefrorene und verderbliche Waren werden auf der Straße in Kühlfahrzeugen bei speziellen Kühlraumtemperaturen in Ein- und Mehrtemperatur-Transportbehältern transportiert. Mehrtemperatur-Transportbehälter haben mehrere Kammern mit unterschiedlichen Kühlraumtemperaturen und ermöglichen den gemeinsamen Transport von gefrorenen und verderblichen Waren. Transportbehälter werden vorwiegend durch einstufige Transportkälteanlagen mit den synthetischen Kältemitteln R410A, R404A oder R134a gekühlt. Die Energieeffizienz dieser Kreisläufe kann durch den Einsatz zweistufiger Verschaltungen gesteigert werden. Darüber hinaus ermöglichen sie prinzipiell eine stetige und effiziente Kühlung von Mehrtemperatur-Kühlfahrzeugen. Beide Kühlraumtemperaturen können nicht unabhängig voneinander mit der Drehzahl eines zweistufigen Verdichters geregelt werden. Kompakte, zweistufige Verdichter werden für zweistufige Transportkälteanlagen aufgrund von Begrenzungen hinsichtlich Bauraum und Gewicht favorisiert. Die vorliegende Arbeit behandelt zweistufige Transportkälteanlagen mit zweistufigem Verdichter unter den beiden folgenden Schwerpunkten: Der Einsatz der beiden natürlichen Kältemittel Kohlenstoffdioxid (R744) und Propen (R1270) wird untersucht sowie ein neuartiges Betriebs- und Regelungskonzept zur stetigen Kühlung von Mehrtemperatur-Kühlfahrzeugen entwickelt. In theoretischen Untersuchungen wird ein zweistufiger Kältemittelkreislauf mit internem Wärmeübertrager bei Mitteldruck als optimale Verschaltung für die Transportkühlung identifiziert. Der Kältemittekreislauf wird in eine Transportkälteanlage eingebaut und experimentell untersucht. Ergänzende Untersuchungen des Kältemittelkreislaufs erfolgen in der Simulation, wozu detaillierte Modelle zweistufiger Transportkälteanlagen mit dem Kältemittel R744, R1270 und R410A erstellt werden. Die Modelle sind jeweils an experimentelle Daten kalibriert. Die Kreislaufmodelle werden für die Kühlung eines exemplarischen Kühlfahrzeugs mit Zweitemperaturtransportbehälter verwendet. Zur stetigen Kühlung der gefrorenen und verderblichen Ware wird ein neuartiges Betriebs- und Regelungskonzept entwickelt. Die klimawirksamen Emissionen pro Jahr des exemplarischen Kühlfahrzeugs mit zweistufiger R744-, R1270- oder R410A-Transportkälteanlage werden abgeschätzt.