Lämpö- ja kylmäakut kuljetusvälineissä: Loppuraportti

Translated title of the contribution: Heat and cold accumulators in vehicles: Final Report

Pertti Kauranen, Lisa Wikström, Jorma Heikkinen, Juhani Laurikko, Tuomo Elonen, Ari Seppälä

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Projektissa on kehitetty ns. faasimuutosmateriaaleihin perustuvia lämpö- ja kylmäakkuja kuljetusvälineisiin. Sovelluskohteina ovat olleet verituotteiden ja elintarvikkeiden lämpötilasäädellyt kuljetukset sekä Itella Oyj:n jakeluauton moottorin esi- ja lisälämmitys. Projektissa on kartoitettu sovelluskohtaiset vaatimukset kylmä- ja lämpöakkujen toiminnalle, soveltuvien kaupallisten faasimuutosmateriaalien suorituskyky näissä kohteissa sekä kehitetty uusia materiaaleja kohteisiin, joissa kaupallisten materiaalien suorituskyky ei ole ollut riittävä.

Elintarvikkeiden viileäkuljetuksiin kehitettiin faasimuutosparafiinitäytteinen alumiinikennolevy, jonka suorituskyky mitattiin Lumikko Oy:n laboratoriossa. Tavoitteena oli tutkia mahdollisuutta levyn lataamiseen kylmäkoneella maantieajossa ja kylmäkoneen sammuttamiseen taajama-ajossa, jolloin faasimuutoslevy pitäisi kuormatilan vaaditussa lämpötilassa halutun ajan. Laboratoriokoetulosten avulla varmennettiin matemaattinen malli, jonka avulla arvioitiin täyden mittakaavan elintarvikerekan toimintaa.

Elintarvikkeiden pakastekuljetuksiin kehitettiin faasimuutossuolatäytteinen alumiinipalkisto, jonka lataamista palkiston sisäisillä höyrystinputkilla tutkittiin. Tavoitteena oli korvata kaupalliset teräsrakenteet kevyemmillä alumiinirakenteilla ja tutkia mahdollisuutta varaajan pikalataukseen nesteytettyä hiilidioksidia höyrystämällä. Palkiston ja pakastekuljetus auton lämmönsiirrolle laadittiin matemaattiset mallit palkiston mitoitukseen ja toiminnan analysointiin.

Verituotteiden pakaste- ja viileäkuljetuksiin löydettiin lupaavia kaupallisia faasimuutosmateriaaleja. Viileäkuljetuksiin soveltuva parafiini toimi nykyään käytössä olevaa jäägeeliä paremmin SPR Veripalvelun laboratoriokokeissa. Kokoverien kuljetukseen huoneenlämpötilassa kehitettiin rasvahapposeos, jonka suorituskyky VTT:n testeissä oli 25 % parempi kuin parhaan kaupallisen materiaalin.

Itella Oyj:n jakeluautoon kehitettiin faasimuutossuolatäytteinen lämpöakku ja pakokaasujen lämmön talteenottoyksikkö lämpöakun lataukseen. Prototyypit testattiin VTT:n alustadynamometrillä ja kenttäkokein Itella Oyj:n jakeluautossa Oulussa. Testien perusteella pakokaasujen lämmön talteenotto toimi hyvin ja pakokaasujen lämpö riitti lämpöakun lataukseen. Järjestelmällä voitaisiin korvata Ebersprecher-polttoainelämmitin auton ajonaikaisessa lisälämmityksessä ainakin – 15 pakkasasteeseen asti. Lämpöakun varauskapasiteetti oli riittävä, mutta lämpöeristys oli puutteellinen. Lämpöakussa olleen faasimuutos suolan latenttilämpöä ei saatu varattua seuraavana päivänä tapahtuvaan kylmäkäynnistykseen. Dynamometrikokeilla voitiin osoittaa, että ladatun lämpöakun avulla
voidaan kylmäkäynnistyksen pakokaasupäästöjä ja polttoaineen kulutusta pienentää merkittävästi.

Ksylitolilla on suuri latentti lämpö, joten lämpöakussa käytettävän syövyttävän faasimuutossuolan korvaamista sillä tutkittiin tavoitteena korvata akun raskaat teräsrakenteet alumiinirakenteilla. Ksylitolin hidas sulakiteytyminen osoittautui kuitenkin niin haastavaksi ongelmaksi, ettei siihen löydetty ratkaisua.

TKK:lla tutkittiin mahdollisuutta hyödyntää alijäähtymisilmiötä lämmön pitkäaikaisvarastointiin ja lämpöakun ohjaukseen. Alijäähtynyt neste saadaan säilymään alijäähtyneessä tilassa jopa vuosia, ja sen latentti lämpö vapautumaan mekaanisella sekoituksella tai lisäämällä kiteytymisytimiä sulaan. Materiaaleja, joiden alijäähtyminen on hallittavissa tunnetaan vain muutamia, esim. natriumasetaatti trihydraatti.
Translated title of the contributionHeat and cold accumulators in vehicles: Final Report
Original languageFinnish
Place of PublicationTampere
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages92
Publication statusPublished - 2010
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesVTT Tutkimusraportti
NumberVTT-R-02312-09

Fingerprint Dive into the research topics of 'Heat and cold accumulators in vehicles: Final Report'. Together they form a unique fingerprint.

  • Cite this

    Kauranen, P., Wikström, L., Heikkinen, J., Laurikko, J., Elonen, T., & Seppälä, A. (2010). Lämpö- ja kylmäakut kuljetusvälineissä: Loppuraportti. VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tutkimusraportti, No. VTT-R-02312-09 http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2010/VTT-R-02312-09.pdf