CO₂ Refrigeration System for Cruise Ship Applications

Enex Technologies & Clauger-Technofrigo srl

Bringing Natural Refrigeration Offshore: ein wegweisendes CO₂-Kältesystem für Kreuzfahrtschiffe

Zusammenfassung

Der Übergang der HVACR-Branche zu natürlichen Kältemitteln ist in Supermärkten, Industriebetrieben und Geschäftsgebäuden bereits in vollem Gange. Einige der herausforderndsten Kühlumgebungen bleiben jedoch weitgehend von dieser Transformation unberührt.

Dieses Projekt zeigt, dass die Zukunft der nachhaltigen Kühlung weit über Landanwendungen hinausgehen kann.

Durch eine strategische Zusammenarbeit zwischen Enex Technologies und Clauger-Technofrigo srl wurde ein hochinnovatives CO₂-Kältesystem erfolgreich an Bord eines modernen Kreuzfahrtschiffs entwickelt und implementiert, das die einzigartigen technischen, operativen und zuverlässigen Herausforderungen maritimer Umgebungen überwunden hat.

Das Projekt vereint Claugers weltweit anerkannte Expertise in der industriellen Kältetechnik und der Integration komplexer Systeme mit der Führungsrolle von Enex Technologies im Bereich fortschrittlicher natürlicher Kältemitteltechnologien und schafft eine Anlage, die einen neuen Maßstab für nachhaltige maritime Kältetechnik setzt.

Die Kraft der Partnerschaft

Die erfolgreiche Implementierung eines transkritischen CO₂-Systems auf einem Kreuzfahrtschiff erforderte die Zusammenführung zweier komplementärer Fachgebiete.

Enex Technologies verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in natürlichen Kältemitteln und transkritischen CO₂-Technologien, unterstützt durch ein umfassendes Portfolio von Klimalösungen für alle HVACR-Anwendungen, die auf CO₂, Propan, Ammoniak und Wasser ausgelegt sind. Das Unternehmen hat zahlreiche Innovationen entwickelt, die darauf abzielen, die Effizienz, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit natürlicher Kältemittelsysteme zu verbessern.

Clauger-Technofrigo S.r.l., Teil der Clauger Group, eines französischen Familienunternehmens, das 1971 gegründet wurde und in mehr als 100 Ländern tätig ist, bringt über 50 Jahre Erfahrung in der Umsetzung komplexer industrieller Kälteprojekte weltweit mit. Unterstützt von einem Netzwerk von 28 Betriebsstandorten verbinden wir renommierte Expertise in industrieller Kältetechnik, Prozessluftbehandlung und Umweltlösungen mit einer umfassenden Unterstützung über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg, von Engineering und Fertigung bis hin zu Installation, Inbetriebnahme und Lebenszyklusdienstleistungen.

Beide Unternehmen arbeiteten gemeinsam an der entscheidenden Aufgabe, das System an die spezifischen Anforderungen des Kreuzfahrtschiffbetriebs anzupassen. Das Ergebnis ist ein Projekt, das keines der beiden Unternehmen allein hätte bewältigen können: eine vollständig integrierte CO₂-Kühllösung, die industriell hochwertige Leistung in einer der weltweit herausforderndsten Betriebsumgebungen liefern kann.

Die Herausforderung: CO₂ über die Küste zu bringen

Obwohl transkritische CO₂-Systeme heute in Supermärkten und Industriebetrieben weit verbreitet akzeptiert werden, stellen maritime Anwendungen ein völlig anderes Komplexitätsniveau dar.

Ein Kühlsystem eines Kreuzfahrtschiffs muss kontinuierlich arbeiten, da es verschiedene Klimazonen durchquert, einschließlich tropischer Regionen, in denen Umweltbedingungen den Systemdruck und die Leistung erheblich beeinflussen können.

Weitere Herausforderungen umfassen:

Dieses Projekt sollte zeigen, dass natürliche Kältemittel diese Probleme durch eine deutlich verbesserte Zuverlässigkeit und Umweltleistung lösen können.

Die technische Lösung

Im Zentrum der Installation befindet sich ein fortschrittliches Yukon-Transkritisches CO₂-Rack von Enex Technologies, das speziell für maritime Einsätze entwickelt wurde.

Das System bietet Kühlung bei zwei verschiedenen Temperaturstufen:

Das Yukon Rack basiert auf einer 4+4-Verdichteranordnung mit dedizierten Mittel- und Niedertemperatur-Verdichtungsstufen.

Eine Kompressorstufe versorgt den Stromkreis bei höheren Temperaturen, während die zweite Stufe das Einfrieren bei niedrigen Temperaturen anwendet.

Die Installation wurde mit hohem Druckwiderstand in allen Hauptstromkreisen ausgelegt, mit Auslegungsdrücken von 60 bar auf der Niederdruckseite: 80 bar für den Flüssigkeitsempfänger und 130 bar auf der Hochdruckseite. Diese Konfiguration wurde gewählt, um die technische Sicherheit zu maximieren und Ausrutschen mit Sicherheitsventilen zu verhindern, selbst unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen. Besonderes Augenmerk wurde auch auf die Umwelt- und Sicherheitsanforderungen an Bord bei der elektrischen und isolierenden Konstruktion gelegt, mit halogenfreier Verkabelung und einer korrekt ausgewählten Isolierschicht.

Innovative Gravitationstechnologie

Einer der innovativsten Aspekte des Projekts ist die Anwendung der proprietären schwerkraftbetriebenen CO₂-Technologie von Enex Technologies auf dem Kühlkreislauf.

Das Yukon-Rack verfügt über einen horizontalen Flüssigkeitsempfänger, von dem flüssiges CO₂ an zwei parallel installierte Plattenwärmetauscher verteilt wird.

Anstatt auf mechanische Umlaufpumpen zu setzen, kehrt der in den Wärmetauschern erzeugte Dampf über Gravitationszirkulation natürlich in den Flüssigkeitsempfänger zurück.

Dieses Design bietet mehrere wichtige Vorteile:

Am wichtigsten ist, dass das Design es ermöglicht, dass das CO₂-Temperaturprofil eng dem der Sekundärflüssigkeit folgt. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ermöglicht dies:

Die Erreichung stabiler natürlicher Zirkulation unter maritimen Betriebsbedingungen erforderte außergewöhnlich präzise Ingenieurwesen und Systemausbalancierung beider Projektpartner.

Fortschrittliche mehrstufige Architektur

Die Installation beinhaltet einen ausgefeilten Satz von Komponenten, die darauf ausgelegt sind, Effizienz, Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit zu maximieren.

Zu den wichtigsten Komponenten des Systems gehören:

Kompressionspaket

Wärmemanagement

Das Ergebnis ist ein geringerer Energiebedarf für den Kompressor, eine höhere Systemeffizienz und geringere Betriebskosten. In einer Offshore-Umgebung, in der die Betriebseffizienz ein zentrales Leistungskriterium ist, ist diese Lösung ein wichtiger Beitrag zur Nachhaltigkeit und Gesamtwirksamkeit der Installation.

Hohe Zuverlässigkeit für den Offshore-Betrieb

Für Kältesysteme mitten im Ozean ist Zuverlässigkeit ein entscheidendes Designprinzip. Im Gegensatz zu landgestützten Installationen müssen Kreuzfahrtkühlsysteme unabhängig von Standort, Wetterbedingungen oder sofortiger Zugang zu technischem Support kontinuierlich betrieben werden. Selbst kleinere Bauteilausfälle können kostspielige Ausfallzeiten und Betriebsstörungen verursachen.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wurde das CO₂-System des Yukon mit Blick auf Redundanz und Schutz konzipiert und maximale Verfügbarkeit unter allen Bedingungen gewährleistet. Die Installation beinhaltet außerdem Lloyd’s Zertifizierung für das Schiff und die Wärmetauscher, was das Vertrauen in die Qualität, Robustheit und Einhaltung der Kernkomponenten weiter stärkt.

Ein zentrales Merkmal der Installation ist die Hochdruck-Doppelsteuerungsarchitektur. Das Hochdruck-Elektronikventil ist eine der wichtigsten Komponenten eines transkritischen CO₂-Systems, da es die Betriebsdrücke kontinuierlich anpasst und eine optimale Systemleistung gewährleistet. In herkömmlichen Konfigurationen kann ein Ausfall dieses Ventils den Systembetrieb beeinträchtigen und erhebliche Ausfallzeiten verursachen.

Um dieses Risiko zu vermeiden, hat Enex Technologies ein hochdruckbasiertes parallelmechanisches Ventil integriert, das eine redundante Steuerungsstrategie schafft, die speziell für anspruchsvolle Offshore-Anwendungen entwickelt wurde. Sollte das primäre elektronische Ventil ausfallen, kann das parallele mechanische Ventil den Systembetrieb aufrechterhalten, was die Kühlkontinuität gewährleistet und die allgemeine Zuverlässigkeit erheblich verbessert.

Dieser Ansatz bietet eine zusätzliche Sicherheitsebene, die besonders in maritimen Umgebungen wertvoll ist, wo sofortige technische Intervention nicht immer möglich ist.

Zusammen schaffen diese Funktionen eine hochresiliente Kühlplattform, die stabile, effiziente und zuverlässige Leistung über lange Fahrten durch verschiedene Klimazonen liefert.

Für Enex Technologies und Clauger wurde Zuverlässigkeit nicht als Zubehör, sondern als grundlegendes Designziel behandelt, um sicherzustellen, dass die Umweltvorteile natürlicher Kältemittel mit dem betrieblichen Vertrauen erreicht werden können, das die maritime Industrie verlangt.

Notfallschutzsystem

Eine besonders innovative Funktion ist die dedizierte R134a-Notkühlanlage, die direkt mit dem Flüssigkeitsempfänger verbunden ist.

Tritt ein unerwarteter Fehler auf oder Probleme mit der Stromversorgung führen dazu, dass der Druck im CO₂-Kreislauf steigt , kühlt die Notfalleinheit automatisch das im Empfänger enthaltene Kältemittel. Durch die Senkung von Temperatur und Druck stabilisiert das System den Betrieb und verschafft dem Personal an Bord wertvolle Zeit, um sicher einzugreifen. Diese Funktion ist besonders wichtig in maritimen Anwendungen, wo keine sofortige externe technische Unterstützung verfügbar ist.

Umwelt- und Industrieauswirkungen

Neben dem technischen Ergebnis stellt dieses Projekt einen bedeutenden Meilenstein in der Dekarbonisierung der maritimen Kühlung dar.

Durch die erfolgreiche Einführung von CO₂ als primäres Kältemittel zeigt die Installation, dass natürliche Kältemitteltechnologien auch in kritischen Offshore-Anwendungen eine praktikable Alternative zu herkömmlichen synthetischen Kältemitteln bieten können.

Das Projekt legt einen praktischen Fahrplan für Schiffbauer, Kreuzfahrtbetreiber und Spezialisten für Marinekühlung dar, die ihre Umweltbelastung verringern und dabei die höchsten Betriebssicherheitsstandards einhalten möchten.

Sie zeigt, dass die transkritische CO₂-Technologie nicht mehr auf Supermärkte, Lagerhäuser oder Industriebetriebe beschränkt ist, sondern bereit für einige der weltweit anspruchsvollsten Kühlanwendungen.

Warum ist dieses Projekt relevant?

Dieses Projekt ist weit mehr als nur eine erfolgreiche Installation.

Sie repräsentiert:

Durch die Kombination von Claugers Expertise in der Integration industrieller Kältetechnik mit der fortschrittlichen CO₂-Technologie von Enex Technologies zeigt dieses Projekt, dass nachhaltige Kühlung überall dort arbeiten kann, wo sie gebraucht wird, sogar mitten im Ozean.

Seit Jahrzehnten haben natürliche Kältemittel die Onshore-Kühlung grundlegend verändert. Dieses Projekt beweist, dass der Übergang nicht am Ufer endet. Gemeinsam haben Enex Technologies und Clauger bewiesen, dass CO₂-Technologie eine der herausforderndsten Umgebungen der Welt erfolgreich meistern kann und einen neuen Maßstab für nachhaltige Meereskühlung setzt.

Vereinfachtes Diagramm des Systems:

Die wichtigsten Komponenten des Diagramms sind:

Verdampferplatten-Wärmetauscher (Hycool 45 %) mit Expansionsventil

Niedertemperaturkompressoren

Wärmetauscher der Ladeluftkühlerplatte

Mitteltemperaturkompressoren

Wärmetauscher für Kondensatorplatten

Gas-Nachkühler-Subkühler

Regenerativer Plattenwärmetauscher

Hochdruckventil mit elektronischer und mechanischer Redundanz

Flüssigkeitsempfänger und zugehörige Notkühlanlage

Verdampfplatten-Wärmetauscher (Dowcal 200E)