Ziel der Entwicklung
Im Projekt soll ein Gemisch-Joule-Thomson-Verfahren zur Erzeugung von Tieftemperaturen im Bereich von -70°C bis -150°C entwickelt werden. Es handelt sich um eine einstufige Prozessführung, die für herkömmliche und mehrstufige Kaskadenprozesse eine technische Alternative darstellen soll. Als Arbeitsstoffe sollen dabei Kältemittelgemische aus natürlichen umweltfreundlichen Kohlenwasserstoffen verwendet werden, gegebenenfalls auch CO2 oder andere natürlichen Stoffe. Diese Arbeitsstoffe sollen die momentan üblichen synthetischen Stoffe R23, R14 ablösen, die extrem hohe GWP-Werte aufweisen, aber gemäß F-Gase-Verordnung in spezieller Ausnahmeregelung weiterhin für Kälteerzeugung unter -50°C verwendet werden können.
Vorteile und Lösungen
Mit dem gewählten Gemisch wurden die Verdampfungstemperaturen bis -113°C erreicht.
Außerdem wurden folgende Ergebnisse/ Erkenntnisse gewonnen:
Man sammelte wichtige Erfahrung bei der Projektierung, Bau, Abnahme und Inbetriebnahme einer Kälteanlage mit zeotropen Gemischen aus brennbaren Kohlenwasserstoffen als Kältemittel. Desweiteren wurden Sicherheitstechnische Maßnahmen und Einrichtungen für die Installation getroffen, sowie sicherheitstechnische Abnahme und Betrieb von solchen Kälteanlagen konnte realisiert werden.
Es wurde eine sichere Befüllungsmethode für die brennbaren Arbeitsstoffe in Hinblick auf die Gemischzusammensetzung und die notwendige Füllmenge entwickelt und getestet. Dazu wurde ein Regelungskonzept entwickelt und getestet, welches die Regelung einer Kälteanlage mit einem zeotropen Kältemittel mit großem Temperaturgleit erlaubt. Aßerdem wurde die Funktion der Kältekomponente in einer Kälteanlage mit großen Temperaturdifferenz getestet und verschiedene Ölsorten auf Eignung für solche Kälteanlagen geprüft. Die ausgewählte Ölsorte hat sich in Rahmen der experimentellen Untersuchungen bewährt.
Als ein Ergebnis des Projektes können die auf Basis der experimentellen Erkenntnisse neu entstandenen Fragen erwähnt werden. Das ist zum Beispiel die Auswirkung der Entmischung beziehungsweise Verschiebung der Konzentration des Gemisches innerhalb der Anlage auf die Funktion und Regelbarkeit. Es gibt eine Vermutung, dass dies durch geringe Änderungen des Kreislaufes für die Verbesserung ausgenutzt werden kann. Eine Änderung der Konzentrationsverschiebung nach den bestimmten Regelungsangriffen, mit Temperaturänderung innerhalb des Kreislaufes sowie Variierung der Kältemittelfüllmenge konnten leider im Rahmen des Projektes nicht untersucht werden.
Die bei der Antragstellung vermuteten Probleme mit Ölrückführung traten im Laufe der Versuche nicht auf. Dies kann ein Ergebnis der richtig ausgewählten Ölsorte sein. Die Dauer der Messungen ist leider dafür nicht aussagekräftig. Um die Ölrückführung ordentlich zu untersuchen sind Dauerlaufversuche notwendig, die in Rahmen des Projektes nicht realisierbar waren.
Nach dem Projektabschluss ist die entwickelte Methode somit noch nicht ausgereift. Es sind weitere Untersuchungen notwendig, um sie marktfertig zu machen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Marketingkonzeption besteht im Angebot von Dienstleistungen auf Basis der Projektergebnisse, Entwicklung und Bau von innovativen, (halb-) automatisierten Prüfständen, insbesondere für brennbare Kältemittel und zeotropen Kältemittelgemische sowie dem direkten Technologie- und Wissenstransfer der Ergebnisse an Hersteller von Tieftemperaturkälteanlagen (Temperaturen unter -70 °C).
Durch die erfolgreiche Entwicklung des Projektes wird die Kompetenz des ILK Dresden als Forschungseinrichtung und aktiver Partner bei der Identifizierung von technischen Aufgabenstellungen und Erarbeitung von wirtschaftlichen Lösungen in der Kältebranche weiter angehoben.
