|
| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |
Udvikling af nye generationer fyldestationer, der muliggør påfyldning af CO2 i automobil- og køleindustrien
9 Teknisk beskrivelse, Servicestation
9.1 Konceptanalyse
Opgave
Med henvisning til tidligere gennemførte forsøg ønskes undersøgt hvilke muligheder der kan bringes til anvendes i forbindelse med fyldning af CO2 i MAC (mobile airconditioner), med en slut densitet på min
250kg/m³.
Analyse af de gennemførte forsøg
Der er i alt gennemført 8 forsøg i forbindelse med konceptudviklingen af det vægtstyrede servicefyldeaggregat.
Fyldning fra overkritisk tilstand - 4 forsøg alle fra 27,6 liters CO2-flaske uden dykrør ved 40°C (overkritisk) til 1,6 liters receiver ved 30°C. Fyldemængden er 400 g, hvilket medfører en slutdensitet i
receiveren på 250 kg/m³. De 4 forsøg varieres ved at anvende to forskellige strømningsreguleringsventiler (en nåleventil og en konstant trykregulatorventil) samt ved at placere afspærringsventilen enten ved
flasken eller ved receiveren.
Konklusion: Ved anvendelse af nåleventilen som strømningsreguleringsventil og ved montering af afspærringsventilen ved flasken er det muligt at foretage fyldninger, indtil densiteten i CO2-flasken er ca. 315
kg/m³, svarende til 8 kg CO2 i flasken. Placeringen af afspærringsventilen synes at have stor betydning for tømningsgraden. Under andet forsøg blev ventilen placeret ved receiveren, hvilket medførte en rest
CO2-mængde i flasken på ca. 16 kg. Den store forskel i tømningsgraden - alt efter placering af afspærringsventilen - bør verificeres gennem flere forsøg. Fyldenøjagtigheden under de gennemførte forsøg
med nåleventil ligger mellem 0 og +6%, hvilket opfylder de opstillede krav på –0 og +10%. Fyldehastigheden varierer mellem 3 og 10 gram pr. sekund, hvilket ikke opfylder kravet på mellem 20 og 50 g/s.
Løsningen med en konstant trykregulatorventil synes ikke umiddelbart anvendelig, da den opnåelige tømningsgrad af flasken efterlader en restmængde CO2 i flasken på 16,8 kg.
Fyldning fra underkritisk tilstand - 2 fyldningsforsøg fra 26,7 liters CO2-flaske med dykrør til 1,6 liters receiver. Fyldemængde er 400 g, hvilket medfører en slutdensitet i receiveren på 250 kg/m³. Det
første forsøg blev gennemført ved en flasketemperatur på 30°C og en receivertemperatur på 10°C. Det sidste forsøg blev gennemført ved en flasketemperatur på 10°C og en receivertemperatur på 50°C.
Konklusion: Så længe der er CO2 på væskeform i flasken, og flaskens temperaturen er højere end receiverens, er det muligt at fylde fra underkritisk tilstand. Rest CO2-mængden i flasken ved fyldning fra
30°C flaske til 10°C receiver blev målt til 5,2 kg, hvilket svarer til en slutdensitet i flasken på 190 kg/m³. Trykket i flasken efter sidste fyldning blev dog målt til 56,8 bar, hvilket svarer til ca. 20°C
mætningstemperatur. Fyldenøjagtigheden varierer mellem +3 og +25%, hvilket ikke opfylder de stillede krav på –0 og +10%. Fyldehastigheden varierer mellem 45 og 62 g/s, hvilket ligger i overkanten af de
opstillede krav på mellem 20 og 50 g/s. Ved 10°C flasketemperatur og 50°C receivertemperatur var det kun muligt at påfylde 125 g, før trykkene i de to beholdere var udlignede.
Nedkøling af CO2-flaske fra 50°C til 30°C – Nedkølingen skete ved afblæsning af CO2 igennem en traditionel sikkerhedsventil fra 26,7 liters flaske uden dykrør.
Konklusion: Nedkøling skete hurtigt og problemfrit. Det skal dog nævnes, at støjniveauet var uacceptabelt højt. Forbruget blev målt til ca. 5,5 kg, og tidskonstanten for nedkølingen var ca. 2 minutter. Så
længe afblæsningen sker fra overkritisk tilstand, sker der ikke nogen egentlig afkøling af flasken. Først når trykket er under de 72 bar, tages der gas ud af flasken med efterfølgende fordampning af den
væskeformige CO2. Nedkølingssystemet kan forbedres ved at montere en spiral/kappe omkring flasken og ekspandere den overkritiske CO2 fra flasken ned til et tryk på eksempelvis ved -30°C og
derefter lede den igennem spiralen, hvor den vil fordampe og afkøle flasken. Herved kan den afblæste mængde CO2 ved de ovenfor anførte temperaturer reduceres til ca. 3,4 kg.
CO2-forbrug ved vedligeholdelse af 30°C, 26,7 liter flaske i 50°C omgivelser – Forsøget blev gennemført i umiddelbar forlængelse af forsøg C. Flaskens temperatur blev således fastholdt ved afblæsning af
CO2 fra flasken igennem en sikkerhedsventil forud indstillet til afblæsning ved ca. 71 bar.
Konklusion: Metoden fungerer tilfredsstillende. CO2-forbruget blev målt til ca. 1,8 kg/ time. Ud fra temperaturdifferensen mellem flasken og omgivelserne samt forbruget af CO2 beregnes en UA-værdi for
flasken på ca. 1,7 W/K. CO2-forbruget kan reduceres ved isolering af flasken. Forsøget blev udført i klimakammer med tvungen luftcirkulation, hvilket har en ikke uvæsentlig betydning for
varmeovergangstallet mellem flasken og luften.
Opvarmning af flaske fra –10 til 10°C – Opvarmningen af 26,7 liter flasken med 20 kg CO2 i klimakammer med 10°C lufttemperatur.
Konklusion: Tidskonstanten for opvarmningen blev målt til 141 minutter.
Håndteringsproblemer ved fyldning direkte fra flaske
Følgende problemstillinger bør analyseres nærmere ved fyldning direkte fra flaske:
Montering af flaske/system – ingen.
Nedkøling/opvarmning af flaske – evt. nedkøling af flasken kan ske ved hjælp af eksternt kølesystem eller ved afblæsning af CO2 fra flasken. Begge systemer medfører en opstartstid, førend systemet er klar
til brug. Sker nedkølingen ved hjælp af afblæsning af CO2, skal systemet designes således, at der ikke opstår lydproblemer. Hurtig afblæsning kan desuden medføre en kraftig ”jet” ud af afblæsningsventilen,
hvorved der opstår risiko for, at CO2-flasken vælter. Det er nødvendigt, at det aktuelle værksted har et passende aftrækssystem til fjernelse af den afblæste mængde CO2. Opvarmning af flasken vil
ligeledes medføre en opstartstid. Opvarmningssystemet skal være sikret, således at overophedning af flasken undgås.
Afblæsning af rest CO2 fra bilklimaanlæg – inden evakuering af klimaanlægget foretages, skal bilklimaanlægget tømmes for CO2. Sker det først, når fyldeslangen er monteret, kan der opstå problemer med
olie i fyldeslangen, serviceaggregatets ventil og værkstedets aftrækssystem.
Evakuering af bilklimaanlægget – klarmelding og evt. manuel betjening af ventiler.
Fyldning – hvis receiverens temperatur er højere end flaskens tryk/temperatur, er det med baggrund i de udførte forsøg ikke sikkert, at det er muligt at foretage fyldinger. Hvis fyldningen ikke kan
gennemføres pga. ”tom” flaske, og der efter udskiftning af flasken skal efterfyldes eksempelvis 200 gram, kan der opstå 3 væsentlige problemstillinger. Hvis trykket i receiveren i den tid, det tager at skifte
flasken, er blevet højere end trykket i den nye flaske, er det ikke praktisk muligt at gennemføre en efterfyldning. Systemets og i særdeleshed vægtens responstid kan være for langsom. Husker systemet selv,
hvor meget der skal efterfyldes, således at operatøren, når han har skiftet flaske, blot trykker på startknappen?
Driftsudgifter ved fylding direkte fra flaske
Med baggrund i de gennemførte forsøg er det muligt at beregne de forventede driftsomkostninger for de forskellige systemer.
Der opstilles 2 scenarier, hvor driftsomkostningerne - dels for et servicefyldeaggregat med fyldning fra overkritisk og dels for et aggregat med fyldning fra underkritisk/væskefase - beregnes. Begge systemer
er monteret med 26,7 liter flaske med 20 kg CO2. Driftsomkostningerne for de to systemindhold er evt. elforbrug til opvarmning af flaske til overkritisk tilstand samt evt. CO2-forbrug til nedkøling og
vedligeholdelse af flaske til underkritisk tilstand, ved afblæsning af CO2 fra flasken.
Scenario 1:
Omgivelsestemperatur på 25°C
10 fyldninger pr. dag
Standby-tid 7,5 timer
Fyldningsmængde 400 g
Slutdensitet i receiver 250 kg/m³
Receivertemperaturen er lavere end 25°C
Scenario 2:
Omgivelsestemperatur på 40°C
10 fyldninger pr. dag
Standby-tid 7,5 timer
Fyldningsmængde 400 g
Slutdensitet i receiver 250 kg/m³
Receivertemperaturen er lavere end 25°C
Fyldning fra overkritisk tilstand ved omgivelsestemperatur på 40°C:
Der er ingen krav til vedligeholdelse af flasketemperaturen. Der er således ingen begrænsning på standby-tiden. Det er muligt at foretage i alt 30 fyldninger.
Fyldning fra underkritisk tilstand ved omgivelsestemperatur på 40°C:
Forbruget af CO2 til nedkøling fra 40 til 25°C er 4,9 kg. UA-værdien for flasken blev under det gennemførte forsøg fastlagt til ca. 1,7 W/K, hvilket medfører en konstant varmebelastning på ca. 26W.
CO2-forbrug til vedligeholdelse af flasketemperaturen bliver således 0,77 kg/time. Rest CO2-mængde i flasken, når slutdensiteten i receiveren ikke længere kan overholdes, er 6,5 kg. Den maksimale
standby-tid, hvorefter det ikke er muligt at foretage en 400 g fyldning, bliver således 10,7 timer. Ved 10 fyldninger (4 kg) er standby-tiden 6,0 timer. Ønskes en standby-tid på 7,5 timer, kan der kun
foretages i alt 6 fyldninger. Udformes nedkølingssystemet med spiral omkring flasken, kan CO2-forbruget til nedkøling fra 40° til 25°C reduceres til 2,8 kg. Herved forlænges standby-tiden ved 10 fyldninger
til 8,8 timer.
Fyldning fra overkritisk tilstand ved omgivelsestemperatur på 25°C:
Elforbruget til opvarmning af flasken fra 25°C til 40°C er ca. 200 Wh. Elforbruget til vedligeholdelse af flaskens temperatur er ca. 26 Wh/time. Det samlede elforbrug til opvarmning og vedligeholdelse af
flasketemperaturen i 7,5 time er 0,4 kWh. Rest CO2-mængde, når slutdensiteten i receiveren ikke længere kan overholdes, er 8 kg. Der er ingen begrænsning på standby-tiden, og det er muligt at foretage i
alt 30 fyldninger.
Fyldning fra underkritisk tilstand ved omgivelsestemperatur på 25°C:
Der er intet forbrug af CO2 til nedkøling og vedligeholdelse af CO2-flaskens temperatur. Rest CO2-mængden, når slutdensiteten i receiveren ikke længere kan overholdes, er 6,5 kg. Der er ingen
begrænsning på standby-tiden, og det er muligt at foretage i alt 33 fyldninger. I beregningen ses der bort fra den nedkøling af flasken, der vil ske hver gang, der foretages en fyldning. Ovenstående værdier er
baseret på de udførte målinger, hvor flasketemperaturen var 30°C, og receiverentemperaturen var 10°C. Det antages, at fyldeprocessen fra væskefasen kan foretages, bare receivertemperaturen er lavere
end flasketemperaturen.
Sikkerhedsvurdering ved overfyldning
Overfyldning af bilklimaanlægget har betydning for stilstandstrykket, men kan også have betydning under drift. De problemer, der kan opstå under drift, afhænger af klimaanlæggets opbygning, og vil derfor
ikke blive vurderet i denne rapport. Antages det, at klimaanlæggets totale volumen er 1,6 kg, at standardfyldningen er 400 g CO2, og at omgivelsestemperaturen maksimalt er 50°C, kan anlæggets
stilstandstryk beregnes ved stigende overfyldning - se nedenstående diagram.
Overfyldning af klimaanlægget vurderes ikke at have nogen sikkerhedsmæssig betydning for stilstandstrykket.
Konklusion
Med baggrund i de gennemførte forsøg samt en efterfølgende beregning af driftsomkostningerne for fyldning fra overkritisk og underkritisk tilstand, synes fyldning fra overkritisk CO2-flaske at være den
oplagte løsning.
Fyldning fra overkritisk tilstand sikrer det største antal fyldninger, de laveste driftsomkostninger og umiddelbart også den laveste kostpris og systemets kompleksitet. Det største problem ved fyldning fra
overkritisk tilstand er den store tryk- og densitetsvariation, der forekommer i flasken, i takt med at CO2-indholdet falder ved hver fyldning. For at opfylde kravene til fyldenøjagtigheden stiller variationerne
store krav til metoden med strømningsbegrænsning. En endelig løsning på problemet blev ikke identificeret under de gennemførte forsøg.
Der er gennemført to forsøg med fyldning fra overkritisk CO2-flaske med nåleventil som strømningsbegrænser. Under første forsøg blev afspærringsventilen placeret ved flasken, og under andet forsøg blev
den placeret ved receiveren. Restmængden af CO2 i flasken var efter første forsøg 8 kg, mens den efter andet forsøg var 15,8 kg. Den store forskel i tømningsgraden kan ikke umiddelbart forklares, og bør
derfor valideres igennem et passende antal forsøg.
Foretages en teoretisk vurdering af den mulige tømningsgrad, bør det være muligt at fylde fra den overkritiske flaske, hvis følgende to parametre er opfyldt:
Temperaturen/trykket i flasken er højere end temperaturen af receiveren.
Densiteten i flasken er højere end slutdensiteten i receiveren.
Restmængden af CO2 i de udførte forsøg bør altså teoretisk ligge omkring 7 kg. Hæves kravet til slutdensiteten eksempelvis til 400 kg/m³, stiger restindholdet af CO2 i flasken til ca. 11 kg, og antallet af
fyldninger falder fra 32 til 22.
RHS 744 service unit
9.2 Scope of delivery
The equipment consists of a mobile unit which can be placed line side for small scale line production or be placed in the rectification area for repair work . The adapters (hereinafter called LP adapter and HP
adapter) are connected to the CO2 circuit by the low and high pressure side service ports of the CO2 mobile air-condition (hereinafter called MAC) and performs the physical coupling between the MAC
and the mobile unit by flexible hoses .
One CO2 bottles can be connected to the mobile unit.
CO2 charging process sequence
The unit performs an evacuation and a pressure charging of the CO2 circuit of the CO2 unit according to the following sequence (pls. note two side evacuation and one side charging of a dry system):
1.evacuation typically to less than 3-5 mbar incl. continued control of vacuum leakage (major and minor leakage). Typical process time 45-60 sec.
Vacuum control for 5–10 sec. typical to less than 10-8 mbar incl. control of vacuum (pressure rise).
Charging. Typical process time 20-30 sec.
The times depend on the applications therefore the times mentioned are only directive. Furthermore the operator's handling time must be added to these times. The design of the unit is made for typical cycle
times of approx 30 minutes.
Operator charge sequence
When a CO2 MAC arrives in the charging area the following operator sequence must be performed (pls. note two side evacuation and one side charging):
connect the adapters to the service ports of the MAC, and open the shut off valve of the adapters and press start on the unit
The process runs automatically. The operator can monitor the process on the HMI operator panel.
Process end is indicated on the HMI.
The operator closes the shut off valves of the adapters and removes them.
CO2 drain process sequence
The unit performs a draining of an already filled MAC system:
CO2 draining of the sysem approx. 300gram/5 min
Operator charge sequence
When a CO2 MAC arrives in the service area the following operator sequence must be performed:
connect the adapters to the service ports of the MAC, and open the shut off valve of the adapters and press start on the unit
The process runs automatically. The operator can monitor the process on the HMI operator panel.
Process end is indicated on the HMI.
The operator closes the shut off valves of the adapters and removes them.
Drain the recovered oil
Mobile cabinet
The mobile cabinet contains a vacuum pump, a scale, a compressor, receiver, sensors, a valve terminal and process valves.
All components fulfil the technical performance during evacuation and charging of CO2.
Adapters
The unit is supported with adapters for LP and HP service ports in accordance with SAE CO2 J2196 and 3 meter long hoses
Controller
The control cabinet has an operator panel (hereinafter called HMI) visualizing the process parameter, the process sequence with actual and pre-set units, the process faults, the unit faults and alarms that can
be modified through password protection.
General Data
Placing: The equipment must be placed indoors.
Ambient air temperature: 10 to 50°C
Atmospheric humidity: 30-90% (not condensing)
Transportation and storage: -25 to +55°C
Colour: RAL 9001 (light grey)
Electrical performance: According to EN60335
Pump cabinet
1 Dimensions (d x h x w): 800 x 1030 x 670
2 Weight: abt. 100 kg
3 Evacuation capacity: 8 m³/h
3.1 End vacuum (abs.): 0.5 mbar
3.2 Vacuum sensor type: pirani
3.2.1 Range (abs.): 0,1-100 mbar
3.2.2 Accuracy: ± 0,2% FS
4 Charging amount: 1000g (final density 260gram/liter)
4.1 Charging speed: approx 15 g/s
4.2 Accuracy approx: ± 5 gram (with-out service hoses)
4.3 Temperature compensation: 10 - 50° C
Control panel
Power consumption: abt. 2.0 kVA
Supply voltage: 230V + PE
Frequency: 50 Hz
Please note: Supply voltage and frequency in accordance with IEC 204-1 or EN 60204-1.
9.3 Fieldtest RHS 744 service unit
Service unitten har befundet sig I field test hos BMW siden medio april. Unittens opgave er at service de biler der anvendes i BMW's flåde test af CO2 biler. Dvs unitten servicerer både nye MACs, og
MACs som kommer ind for reparation, hvilket også vil være de forhold som unitten skal varetage efter CO2 MACs er kommet på markedet.
BMW har selv været med til godkende specifikationer for unitten (i samråd med VDA arbejdskredsen bestående af VW, Audi, DaimlerChrysler, GM og BMW), hvilket gør at evt. ændringer automatisk
flyder ind i OEM's specifikationer, og herigennem afspejler de praktiske test.
Det selvfølgelig klart, at et positivt test resultat er af stor betydning for AGRAMKOW Fluid Systems A/S, da dette automatisk vil give en god reference ind til den gruppe af OEM's, som driver CO2
udviklingen indenfor MACs.
Det er ikke muligt på dette tidspunkt at give en status over field test forløbet, indtil nu har BMW dog været godt tilfreds.
| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |
Version 1.0 November 2005, © Miljøstyrelsen.
|