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Christian Ullerich

• In der vorliegenden Arbeit wird ein von der Firma Eco ice Kälte GmbH neuentwickelter Wärmeübertrager, welcher zur Regasifizierung von LNG und der Bereitstellung der daraus nutzbaren Kälte dient, beschrieben und untersucht. Der Eco ice-Wärmeübertrager inklusive Versuchsstand mit Messeinrichtung und SPS, ist in eine LNG-Satelliten-Anlage integriert, die sich auf dem Gelände der Eco ice Kälte GmbH befindet. Gegenstand der Untersuchung ist die Bilanzierung und Auswertung von Versuchsbetrieben. Die Analyse der physikalischen Eigenschaften des LNG zu Beginn der Arbeit zeigt auf, dass das überwiegend aus Methan bestehende LNG bei Temperaturen bis zu -161,5 °C im flüssigen Zustand vorliegt. Hierdurch zeigt sich das große Kältepotential, was das LNG in sich birgt. Die zu Beginn allgemeine thermodynamische Analyse beschreibt, mittels einem log p-h Diagramm, welches in der Kältetechnik zur Anwendung kommt, zunächst den Prozessablauf der Regasifizierung des LNG. Hierdurch konnten die wesentlichen energetischen Zustandsgrößen wie Enthalpien und Temperaturen ermittelt werden, welche zur Bilanzierung des Eco ice-Wärmeübertragers benötigt werden. Unter Zuhilfenahme einer Modellvorstellung und festgelegter Randbedingungen wurden im Anschluss die Wärmeströme der Ausgangssituation bilanziert. Die Ermittlung der Ausgangssituation ergab dabei ein theoretisches Kältepotential des LNG von 1 kW bis 3,3 kW bei LNG-Massenströmen von ca. 7,9 kg/h bis 23,5 kg/h. Die Beschreibung des Versuchsaufbaus und des Anlagenbetriebs veranschaulicht die wesentlichen Bauteile und das Verhalten der Versuchsanlage. Dabei wurde insbesondere auf die einzelnen Betriebszustände eingegangen, die sich, durch die in die Versuchsanlage integrierten Kälteverbraucher, maßgeblich unterscheiden. Durchgeführte Versuche lassen erkennen, dass die Werte der theoretischen Analyse zum Teil erreicht werden können. Die Versuche zeigten dabei einen Leistungsbereich der er-brachten Kälteleistung von 0,6 kW bis 4,4 kW, bei LNG-Massenströmen von ca. 8,3 kg/h bis 28,8 kg/h, auf. Dabei wurde festgestellt, dass der Prozess der Regasifizierung mit Verlusten in Form von Wärmeeinträgen behaftet ist, die sich in Abhängigkeit von den Umgebungstemperaturen, den Prozesstemperaturen wie die des LNG und des Therminols (Kälteträger des Nutzerkreislaufes), den Rohrleitungslängen, den gewählten Dämmschichtdicken und den Dämmeigenschaften des gewählten Dämmmaterials einstellen. Durch die auftretenden Verluste, die je nach Betriebsbedingungen in etwa um ca. 400 W betrugen, stellten sich Anlagenwirkungsgrade (Verhältnis zwischen erbrachter Kälteleistung und durch das LNG aufgenommener Wärmeleistung) von 70 % bis 95 % während der Versuche ein. Ebenso konnte gezeigt werden, dass diese Anlagentechnologie für die Bereitstellung von Klimakälte (ca. 10 °C), Normalkälte (ca. 0 °C) und Tiefkälte (bis zu -50 °C). Die in der Arbeit erwähnten Optimierungsvorschläge, wie die Wahl und Lage der Tempera-turmesseinrichtungen, die Anlagenkonzipierung, die Auswahl der Therminol-Pumpe und die Ausführung der Dämmung, tragen zu einer genaueren Erfassung der Betriebsparameter und Bilanzierung und zur Verringerung der Verluste bei. Eine Analyse der überschlägig ermittelten spezifischen Kälteverluste gemäß VDI, kann für den späteren Gebrauch der Anlage zur Abschätzung der zu erwartenden Kälteverluste genutzt werden. Die Wirtschaftlichkeitsberechnung, welche mittels der Annuitätenrechnung gemäß VDI 2067 durchgeführt wurde, bestätigt, dass unter bestimmten Voraussetzungen (geeignete Wahl der Abschreibungsdauer / Betrachtungszeitraum, zu erbringende Kälteleistung) das Konzept der Kälterückgewinnung sich wirtschaftlich abbilden lässt.