Ziel der Entwicklung
So wie der weltweite Verbrauch an Helium von Jahr zu Jahr zunimmt, steigt auch die Nachfrage nach Heliumverflüssigersystemen mit kleiner und mittlerer Verflüssigungsrate. Dies führte zu der Tatsache, dass auf dem Markt Systeme zur Erzeugung von Flüssighelium mit sehr kleinen Verflüssigungsraten von ungefähr 2,5 Litern pro Stunde erschienen sind, wobei dies die maximal mögliche Rate aufgrund der verwendeten Technik darstellt.
Heliumanlagen mit mittlerer Verflüssigungsrate werden jedoch von wissenschaftlichen Forschungsinstituten, KMUs und medizinischen Einrichtungen benötigt. Allerdings fehlen bisher solche Systeme auf dem Markt. Der Verbraucher wird stattdessen dazu gezwungen, Systeme mit sehr kleinen Verflüssigungsraten oder Verflüssigungsanlagen mit Raten von über 20 Liter pro Stunde zu kaufen – vor allem Letztere sind vergleichsweise sehr teuer. Gelegentlich müssen deshalb Verbraucher mehrere kleine Systeme gleichzeitig einsetzen, um die benötigte Menge Helium zu verflüssigen, da dies weniger kostenintensiv ist als eine große Verflüssigungsanlage mit einer Rate von über 20 Liter pro Stunde.
Vorteile und Lösungen
Der erste Lösungsansatz besteht in der Verwendung von einem Kältemittelgemischkühler als Vorkühlstufe. Dieser verwendet Gemische aus umweltfreundlichen Kohlenwasserstoffen mit Helium und erzielt bei entsprechender Auslegung und Berücksichtigung der Besonderheiten bei der Verwendung von Kältemittelgemischen einen sehr hohen Wirkungsgrad. Zudem kann der Heliumkleinverflüssiger somit unabhängig von einer Vorkühlung mit flüssigem Stickstoff operieren. Da durch diese Maßnahme jedoch ein zusätzlicher Platzverbrauch entsteht, wurde sich während des Projektes dazu entschieden, zusätzlich auch die Möglichkeit der klassischen Vorkühlung mit flüssigem Stickstoff zu ermöglichen. Somit kann das resultierende System je nach Bedürfnis (Kompaktheit oder Unabhängigkeit von flüssigem Stickstoff) betrieben werden.
Der zweite Lösungsansatz besteht in der Verwendung von neuartigen, sehr kompakten Helium-Turboexpandern für geringe Masseströme zur weiteren Kühlung nach der Vorkühlstufe. Diese bieten den Vorteil einer hohen Effizienz bei geringem Wartungsaufwand und einer verhältnismäßig hohen Kompaktheit.
Zielgruppe und Zielmarkt
Geeignete Absatzmärkte sind beispielsweise Forschungsinstitute oder Universitäten im Bereich der Kryophysik oder medizinische Einrichtungen, welche Atemgase mit Helium herstellen oder Messungen mit Magnetresonanztomographie durchführen. Weiterhin ist ein Einsatz im Bereich der Herstellung von Elektronik oder elektrischen Komponenten, beispielsweise bei der Produktion von LCD-Bildschirmen, Prozessoren oder Lampen oder zur Verlängerung der Lebensdauer von Festplatten, denkbar, da hierfür ebenfalls Helium als Schutzgasatmosphäre verwendet wird. Der Nutzen der Verwendung eines Kleinverflüssigers liegt hierbei in der Tatsache begründet, dass Flüssighelium aufgrund seiner höheren Dichte deutlich einfacher zu lagern ist.
Der Anwender profitiert dabei von einem kompakten und zugleich verhältnismäßig preisgünstigen System, welches bei der Verwendung eines Kältemittelgemischkühlers als Vorkühlstufe zudem unabhängig von einer Versorgung mit Flüssigstickstoff funktioniert. Weiterhin ist der Heliumkleinverflüssiger aufgrund der Verwendung von Turboexpandern in seinem Wartungsaufwand relativ gering.
Der Transfer der FuE-Ergebnisse erfolgt dabei durch Bereitstellung eines Funktionsmusters, welches in Zusammenarbeit mit dem interessierten Unternehmen zunächst als Prototyp und später in Kleinserie weiterentwickelt werden kann. Zudem wird das ILK Dresden hierdurch in die Lage versetzt, mittels der so gewonnenen Erfahrungen das Marktsegment der Beratungen und Dienstleistungen (fachlicher und ingenieurstechnischer Natur) im Bereich der Heliumverflüssigung und anderen Verflüssigungsanlagen zu bedienen.
