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Abb. 6: Aufbau eines Zeolith-Kleinkühlgerätes
© Zeo-Tech GmbH

Abb. 6b: Ein Zeolith-Kleinkühlgerät
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Abb. 7: Kühlbox mit 33 Litern Fassungsvermögen: Temperaturen und Energieverbrauch
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Lautlose Klein-Kühlschränke

Nach erfolgreichen Tests mit den Kühlboxen wurde das Funktionsprinzip für einen kontinuierlichen Kühlbetrieb modifiziert (Abb. 6): Wie bei der Kühlbox trocknet in der Desorptionsphase ein Heizstab den Zeolith-Sorber. Der ausgetriebene Wasserdampf überträgt die Kondensationswärme zunächst an einen Wassertank, der die Wärme während der folgenden Sorption langsam an die Umgebung abgibt. Das Kondensat kann in den Verdampfer abfließen. Dort wird es großflächig verteilt, um eine optimale Nutzung der Verdampferoberflächen während der Kühlphase sicherzustellen. Um die Kühlraum-Innentemperaturen während der Desorption niedrig zu halten, ist der Verdampfer im oberen Bereich des Innenraums angeordnet. Die warme Luft um den Verdampfer bleibt oben. Erst in der Kühlphase wird die Luft kalt und sinkt nach unten in den Kühlraum.

Am Ende der Desorption liegt die innere Zeolithtemperatur im optimalen Temperaturbereich von über 200 °C. Die Außentemperatur beträgt lediglich 100 °C bis 120 °C. Dadurch werden die Wärmeverluste auch ohne aufwendige Isolation auf ca. 10 – 15% der eingesetzten Antriebsenergie begrenzt. Die Abgabe der Adsorptionswärme erfolgt automatisch und ohne weiteren Steuerungsaufwand direkt nach der Desorption. Auf eine aktive Belüftung, z. B. mit verstellbaren Lüftungsschlitzen oder Außenventilator, kann verzichtet werden.

Dimensionierung

Ein gut isolierter mobiler Kühlschrank mit 40 l Inhalt benötigt eine kontinuierliche Kühlleistung von ca. 8 – 9 W, um Innenraumtemperaturen von 5 – 8 °C bei 25 °C Umgebungstemperatur zu gewährleisten. Legt man den Kühlschrank auf eine 24-stündige Zyklenzeit aus, so muss pro Zyklus eine Kältemenge von ca. 690 kJ erzeugt werden. Dies entspricht dem Verdampfen von ca. 300 g Wasser und erfordert einer Zeolithmenge von etwa 2 kg für die Wasseradsorption.

Einmal in 24 Stunden wird die Sorberfüllung ausgeheizt. Inklusive der thermischen Verluste werden hierfür ca. 600 Wh benötigt. Ein gleichgroßer Ammoniak-Kühlschrank verbraucht im günstigsten Fall 800 Wh/24h, also mindestens 32% mehr. Bei höheren Umgebungstemperaturen oder ungünstiger Be- und Entlüftungssituation am Aufstellungsort verschiebt sich das Verhältnis sehr deutlich weiter zugunsten des Zeolithsystems, dessen Energieaufnahme sehr viel weniger ansteigt.

Die Kondensationswärme beträgt ca. 700 kJ. Sie kann z. B. durch einen mit Wasser gefüllten Wärmepuffer aufgenommen werden, dessen Aufbau während des Projektes optimiert wurde. Bei einem Volumen von 9 l Wasserpuffer erwärmt sich das Wasser durch die Kondensation um ca. 19 K. Das Wasservolumen kann deutlich kleiner ausfallen, wenn geeignete PCM-Materialien eingesetzt werden, die beim Schmelzen große Wärmemengen aufnehmen und beim Erstarren wieder abgeben. Um das Gewicht der mobilen Systeme weiter zu minimieren, wurden innerhalb des Projekts Geräte mit optimiertem Luftwärmetauscher entwickelt. Diese führen die Kondensationswärme mittels Konvektion an die Umgebung ab. Die Werte in den Vergleichstests wurden mit diesen Geräten ermittelt.

Durch den Umbau von handelsüblichen Kühlboxen für den Normalkühlbereich konnten sowohl elektrisch- als auch gasbetriebene Systeme mit den am weitesten verbreiteten Gerätetypen, den Absorber-Kühlaggregaten verglichen werden (Abb. 7). Die Energieverbräuche im Strom- und im Gasbetrieb lagen um bis zu 50% niedriger. Gleichzeitig verbesserte sich die Kühlperformance bei Umgebungstemperaturen über 25 °C.

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