Ziel der Entwicklung
Ziel des Vorhabens war die Realisierung eines Funktionsmusters in Form eines kompakten und effizienten Verflüssigers für permanente Gase wie Luft, Sauerstoff, Stickstoff oder Argon, als Demonstrator für die angestrebte Technologie. Die Antriebsleistung soll beim Betrieb mit Stickstoff sieben Kilowatt nicht überschreiten, was mit den angestrebten Wirkungsgraden beziehungsweise Gütegraden einer angestrebten Kälteleistung von 350 bis nahezu 700 Watt bei 80 Kilo entspricht. Zur Versorgung des Gerätes sollten ausschließlich Elektroenergie und das zu verflüssigende Gas erforderlich sein. Zur Abfuhr der Abwärme sollte vorrangig die Umgebungsluft genutzt werden.
Vorteile und Lösungen
Im Projekt wurde ein System untersucht, welches in der Lage ist, Kältemittel arbeitsleistend bis ins Zweiphasengebiet (Flüssigkeit/Dampf) zu entspannen und so die Anlagenwirkungsgrade erhöhen beziehungsweise die erforderliche Anlagenbaugröße verringern zu können. Dadurch ist es möglich, dass die für die Kühlung kryogener Anlagen benötigten Systeme effizienter werden und sich für den Einsatz von Technologien, welche bei kryogenen Temperaturen genutzt werden müssen (beispielsweise die Supraleitung), kosten- und leistungstechnisch bessere Einsatzmöglichkeiten bieten. Des Weiteren kann für eine Vielzahl kleinerer Leistungsanforderungen der direkte Einsatz kryogener Gase und die davon ausgehenden Gefahren und Verluste vermieden werden.
Mit der Umsetzung dieses Anlagensystems wird ein direkter Nutzen durch eine Kostenreduktion bei der Installation und im Betrieb erreicht, was Umwelt und Nutzer gleichermaßen entlastet.
Zielgruppe und Zielmarkt
Neben dem Einsatz in kryogenen Systemen kann das System perspektivisch auch für die arbeitsleistende Entspannung in industriellen Kälteanlagen für Normal- und Tiefkühlung eingesetzt werden und so die Wirtschaftlichkeit einer Vielzahl kältetechnischer Anlagen steigern. Aufgrund der abweichenden Betriebsbedingungen (Gaszustände, Dichte, Viskosität, Druckverhältnisse) müssen weiterreichende Untersuchungen und Anpassungen des Anlagensystems durchgeführt werden. Dies betrifft vor allem die veränderte Geometrie der Zuströmung und damit veränderten Verhältnissen zwischen Zu- und Abströmung und höheren Flüssigkeitsanteilen, als beim untersuchten Einsatz der Turbine in einer kryogenen Kälteanlage.
Die aktuell erworbenen Erkenntnisse können zur Weiterentwicklung des Systems genutzt und bei erfolgreicher industrieller Umsetzung kann ein sehr großer Markt für den Einsatz eines solchen Drosselorgans eröffnet werden. Für die Umetzung eines solchen Systems sprechen die geringe resultierende Baugröße und der hohe Flüssigkeitsanteil der gängigen Kältemittel, dagegen die geringen auftretenden Druckgradienten.