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CO2-Trockeneis-Sublimation zur Tieftemperaturkühlung

EuroNorm GmbH, Projektträger des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie

07/2018 - 12/2020

Dr. Peter Röllig

+49-351-4081-645

Entwicklung eines Sublimations-Wärmeübertragers

In Forschungsprojekten des ILK Dresden wird untersucht, wie der natürliche Stoff Kohlendioxid als Arbeitsstoff für spezielle Kälteanwendungen im Temperaturbereich unter -50°C eingesetzt werden kann.
Für Kohlendioxid ist die Verwendung der Sublimation (das heißt, der Übergang von der festen in die gasförmige Phase) notwendig, da der Tripelpunkt bei -56,6°C liegt.
Die Grundidee für das Erreichen von niedrigen Temperaturen besteht darin, die Sublimationswärme von Trockeneis in ähnlicher Weise zu verwenden wie die Verdampfung in einem üblichen Kompressionskälteverfahren.

Entwicklung eines Sublimations-Wärmeübertragers

Ein spezielles Anwendungsgebiet der Kältetechnik ist die Bereitstellung von Kühlleistung im tiefen Temperaturbereich unter -50°C, die beispielsweise für Laborbetrieb, Gefriertrocknung oder Tieftemperaturmedizin benötigt wird. Gegenwärtig werden für solche Anwendungen meist synthetische Kältemittel mit sehr hohen GWP-Werten genutzt, die mit einer Ausnahmeregelung in der F-Gase-Verordnung EU 517/2014 noch zulässig sind. Denn in diesem speziellen Segment der Kältetechnik werden aus Sicherheitsgründen keine brennbaren Stoffe als Alternative akzeptiert. Und auch andere Technologien, wie Kaltgasprozesse, sind in diesem Temperatur- und Anwendungsbereich meist keine technisch und wirtschaftlich sinnvollen Alternativen.
Deshalb wurde vom ILK Dresden in dem Forschungsvorhaben an einer umweltfreundlichen Alternative für die Kälteerzeugung unter -50 °C gearbeitet, die auch von der Industrie akzeptiert wird. Der natürliche, nicht brennbare Stoff Kohlendioxid wird als Arbeitsstoff verwendet. Der Tripelpunkt von Kohlendioxid liegt bei -56,6°C. Deshalb kann nicht die Verdampfung (d.h. der Phasenübergang flüssig→gasförmig) zur Kälteerzeugung genutzt werden wie im herkömmlichen Kaltdampfprozess, sondern unterhalb des Tripelpunktes die Sublimation (d.h. fest→gasförmig). Dies erfordert neue Technologien, u.a. einen Sublimations-Wärmeübertrager, der wie ein herkömmlicher Verdampfer als Standard-Komponente in den CO2-Kältekreislauf integriert werden kann. Solch ein Sublimations-Wärmeübertrager wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelt. Damit wurden zahlreiche Tests  und Untersuchungen durchgeführt, die die Praxistauglichkeit des  neu entwickelten Sublimations-Wärmeübertragers unter Beweis stellen.

 


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