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/ReportReportProfessional

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.
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

NameVTT Tutkimusraportti
PublisherVTT
No.VTT-R-02312-09

Fingerprint

Nefopam
Hot Temperature

Cite this

Kauranen, P., Wikström, L., Heikkinen, J., Laurikko, J., Elonen, T., & Seppälä, A. (2010). Lämpö- ja kylmäakut kuljetusvälineissä: Loppuraportti. Tampere: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tutkimusraportti, No. VTT-R-02312-09
Kauranen, Pertti ; Wikström, Lisa ; Heikkinen, Jorma ; Laurikko, Juhani ; Elonen, Tuomo ; Seppälä, Ari. / Lämpö- ja kylmäakut kuljetusvälineissä : Loppuraportti. Tampere : VTT Technical Research Centre of Finland, 2010. 92 p. (VTT Tutkimusraportti; No. VTT-R-02312-09).
@book{3889a67b93a848d88b52c3194d45a2d2,
title = "L{\"a}mp{\"o}- ja kylm{\"a}akut kuljetusv{\"a}lineiss{\"a}: Loppuraportti",
abstract = "Projektissa on kehitetty ns. faasimuutosmateriaaleihin perustuvia l{\"a}mp{\"o}- ja kylm{\"a}akkuja kuljetusv{\"a}lineisiin. Sovelluskohteina ovat olleet verituotteiden ja elintarvikkeiden l{\"a}mp{\"o}tilas{\"a}{\"a}dellyt kuljetukset sek{\"a} Itella Oyj:n jakeluauton moottorin esi- ja lis{\"a}l{\"a}mmitys. Projektissa on kartoitettu sovelluskohtaiset vaatimukset kylm{\"a}- ja l{\"a}mp{\"o}akkujen toiminnalle, soveltuvien kaupallisten faasimuutosmateriaalien suorituskyky n{\"a}iss{\"a} kohteissa sek{\"a} kehitetty uusia materiaaleja kohteisiin, joissa kaupallisten materiaalien suorituskyky ei ole ollut riitt{\"a}v{\"a}.Elintarvikkeiden viile{\"a}kuljetuksiin kehitettiin faasimuutosparafiinit{\"a}ytteinen alumiinikennolevy, jonka suorituskyky mitattiin Lumikko Oy:n laboratoriossa. Tavoitteena oli tutkia mahdollisuutta levyn lataamiseen kylm{\"a}koneella maantieajossa ja kylm{\"a}koneen sammuttamiseen taajama-ajossa, jolloin faasimuutoslevy pit{\"a}isi kuormatilan vaaditussa l{\"a}mp{\"o}tilassa halutun ajan. Laboratoriokoetulosten avulla varmennettiin matemaattinen malli, jonka avulla arvioitiin t{\"a}yden mittakaavan elintarvikerekan toimintaa. Elintarvikkeiden pakastekuljetuksiin kehitettiin faasimuutossuolat{\"a}ytteinen alumiinipalkisto, jonka lataamista palkiston sis{\"a}isill{\"a} h{\"o}yrystinputkilla tutkittiin. Tavoitteena oli korvata kaupalliset ter{\"a}srakenteet kevyemmill{\"a} alumiinirakenteilla ja tutkia mahdollisuutta varaajan pikalataukseen nesteytetty{\"a} hiilidioksidia h{\"o}yryst{\"a}m{\"a}ll{\"a}. Palkiston ja pakastekuljetus auton l{\"a}mm{\"o}nsiirrolle laadittiin matemaattiset mallit palkiston mitoitukseen ja toiminnan analysointiin.Verituotteiden pakaste- ja viile{\"a}kuljetuksiin l{\"o}ydettiin lupaavia kaupallisia faasimuutosmateriaaleja. Viile{\"a}kuljetuksiin soveltuva parafiini toimi nyky{\"a}{\"a}n k{\"a}yt{\"o}ss{\"a} olevaa j{\"a}{\"a}geeli{\"a} paremmin SPR Veripalvelun laboratoriokokeissa. Kokoverien kuljetukseen huoneenl{\"a}mp{\"o}tilassa kehitettiin rasvahapposeos, jonka suorituskyky VTT:n testeiss{\"a} oli 25 {\%} parempi kuin parhaan kaupallisen materiaalin.Itella Oyj:n jakeluautoon kehitettiin faasimuutossuolat{\"a}ytteinen l{\"a}mp{\"o}akku ja pakokaasujen l{\"a}mm{\"o}n talteenottoyksikk{\"o} l{\"a}mp{\"o}akun lataukseen. Prototyypit testattiin VTT:n alustadynamometrill{\"a} ja kentt{\"a}kokein Itella Oyj:n jakeluautossa Oulussa. Testien perusteella pakokaasujen l{\"a}mm{\"o}n talteenotto toimi hyvin ja pakokaasujen l{\"a}mp{\"o} riitti l{\"a}mp{\"o}akun lataukseen. J{\"a}rjestelm{\"a}ll{\"a} voitaisiin korvata Ebersprecher-polttoainel{\"a}mmitin auton ajonaikaisessa lis{\"a}l{\"a}mmityksess{\"a} ainakin – 15 pakkasasteeseen asti. L{\"a}mp{\"o}akun varauskapasiteetti oli riitt{\"a}v{\"a}, mutta l{\"a}mp{\"o}eristys oli puutteellinen. L{\"a}mp{\"o}akussa olleen faasimuutos suolan latenttil{\"a}mp{\"o}{\"a} ei saatu varattua seuraavana p{\"a}iv{\"a}n{\"a} tapahtuvaan kylm{\"a}k{\"a}ynnistykseen. Dynamometrikokeilla voitiin osoittaa, ett{\"a} ladatun l{\"a}mp{\"o}akun avullavoidaan kylm{\"a}k{\"a}ynnistyksen pakokaasup{\"a}{\"a}st{\"o}j{\"a} ja polttoaineen kulutusta pienent{\"a}{\"a} merkitt{\"a}v{\"a}sti.Ksylitolilla on suuri latentti l{\"a}mp{\"o}, joten l{\"a}mp{\"o}akussa k{\"a}ytett{\"a}v{\"a}n sy{\"o}vytt{\"a}v{\"a}n faasimuutossuolan korvaamista sill{\"a} tutkittiin tavoitteena korvata akun raskaat ter{\"a}srakenteet alumiinirakenteilla. Ksylitolin hidas sulakiteytyminen osoittautui kuitenkin niin haastavaksi ongelmaksi, ettei siihen l{\"o}ydetty ratkaisua.TKK:lla tutkittiin mahdollisuutta hy{\"o}dynt{\"a}{\"a} alij{\"a}{\"a}htymisilmi{\"o}t{\"a} l{\"a}mm{\"o}n pitk{\"a}aikaisvarastointiin ja l{\"a}mp{\"o}akun ohjaukseen. Alij{\"a}{\"a}htynyt neste saadaan s{\"a}ilym{\"a}{\"a}n alij{\"a}{\"a}htyneess{\"a} tilassa jopa vuosia, ja sen latentti l{\"a}mp{\"o} vapautumaan mekaanisella sekoituksella tai lis{\"a}{\"a}m{\"a}ll{\"a} kiteytymisytimi{\"a} sulaan. Materiaaleja, joiden alij{\"a}{\"a}htyminen on hallittavissa tunnetaan vain muutamia, esim. natriumasetaatti trihydraatti.",
author = "Pertti Kauranen and Lisa Wikstr{\"o}m and Jorma Heikkinen and Juhani Laurikko and Tuomo Elonen and Ari Sepp{\"a}l{\"a}",
note = "Project code: 6659",
year = "2010",
language = "Finnish",
series = "VTT Tutkimusraportti",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "VTT-R-02312-09",
address = "Finland",

}

Kauranen, P, Wikström, L, Heikkinen, J, Laurikko, J, Elonen, T & Seppälä, A 2010, Lämpö- ja kylmäakut kuljetusvälineissä: Loppuraportti. VTT Tutkimusraportti, no. VTT-R-02312-09, VTT Technical Research Centre of Finland, Tampere.

Lämpö- ja kylmäakut kuljetusvälineissä : Loppuraportti. / Kauranen, Pertti; Wikström, Lisa; Heikkinen, Jorma; Laurikko, Juhani; Elonen, Tuomo; Seppälä, Ari.

Tampere : VTT Technical Research Centre of Finland, 2010. 92 p. (VTT Tutkimusraportti; No. VTT-R-02312-09).

Research output: Book/ReportReportProfessional

TY - BOOK

T1 - Lämpö- ja kylmäakut kuljetusvälineissä

T2 - Loppuraportti

AU - Kauranen, Pertti

AU - Wikström, Lisa

AU - Heikkinen, Jorma

AU - Laurikko, Juhani

AU - Elonen, Tuomo

AU - Seppälä, Ari

N1 - Project code: 6659

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - 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 avullavoidaan 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.

AB - 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 avullavoidaan 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.

M3 - Report

T3 - VTT Tutkimusraportti

BT - Lämpö- ja kylmäakut kuljetusvälineissä

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Tampere

ER -

Kauranen P, Wikström L, Heikkinen J, Laurikko J, Elonen T, Seppälä A. Lämpö- ja kylmäakut kuljetusvälineissä: Loppuraportti. Tampere: VTT Technical Research Centre of Finland, 2010. 92 p. (VTT Tutkimusraportti; No. VTT-R-02312-09).