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Hybrid- Fluid für CO2-Sublimations-Kältekreislauf

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

01/2019 – 06/2021

Dr. Joachim Germanus

+49-351-4081-5412

in Bearbeitung

Tieftemperaturkühlung mittels CO2-Sublimation

Die Zielstellung des Forschungsvorhabens besteht in der Auswahl und Qualifizierung eines neuen kältetechnischen Fluids für den kombinierten Einsatz als Schmiermittel zur Verdichterschmierung und als Wärmeträgerfluid in einem CO2-Sublimator. Ein solches Hybrid-Fluid ist die Voraussetzung für die Umsetzung eines geschlossenen Niedrig-GWP-Sublimations-Kältekreislaufs als Ersatz für bisherige Hoch-GWP-Kaltdampf-Kältekreisläufe für den Temperaturbereich bis -80 °C.

Der Projektidee liegt die Intension zu Grunde ein Fluid zu finden, welches die Vorteile der Verdichterschmierung und der Wärmeübertragung im Sublimator vereint. Es ist dabei zu klären, welches Fluid diesen Anforderungen am besten gerecht wird. Vorteilhaft könnte dabei ein Fluid sein, welches eine gute Löseeigenschaft für CO2 bei tiefen Temperaturen aufweist, um eine Viskositätsabsenkung für ein besseres Fließverhalten im Sublimator zu erzielen. Zusätzlich sollte jedoch die Viskosität unter den Bedingungen der CO2 Verdichtung eine ausreichende Schmierung des Verdichters ermöglichen. Andererseits würde ein Fluid mit geringer CO2-Löslichkeit zwar nicht zur verbesserten Viskositätsabsenkung im Sublimator beitragen, demgegenüber jedoch Vorteile bei der Schmierung des Verdichters mit sich bringen.

Anwendungsgebiete für Kühltemperaturen unterhalb von -50 °C gibt es zahlreich. Beispiele hierfür wären z. B. Applikationen aus den Bereichen Umweltsimulation, Medizin- und Pharmatechnik, Kryokonservierung, Gefriertrocknung und Lebensmitteltechnik. Bei erfolgreichem Abschluss des Forschungsvorhabens wird eine wichtige Voraussetzung zum Betrieb geschlossener Sublimations-Kältekreisläufe geschaffen, um R-23 in einer Reihe von Anwendungen durch das umweltfreundliche Kältemittel CO2 zu ersetzen.

Am kältetechnischen Markt der EU zeigt sich gegenwärtig eine Verknappung von fluorierten Kältemitteln mit hohen GWP-Werten (GWP = Global Warming Potential, Treibhauspotenzial). Dies geht einher mit steigenden Preisen, die im Fall des Tieftemperaturkältemittels R-23 bereits mehrere hundert Euro pro Kilogramm erreicht haben. Eine Änderung der Situation ist nicht zu erwarten, da mit Wirksamkeit der EU F-Gase-Verordnung im Jahr 2015 Festlegungen zur Emissionsreduzierung getroffen wurden, die auch für die nächsten Jahrzehnte verbindlich sind. Damit wächst der Druck auf die betroffenen Hersteller, Ersatzkältemittel für Ihre Anwendungen zu finden. Für den Temperaturbereich zur Kühlung unterhalb von  -50 °C gibt es zurzeit keine nichtbrennbaren Kältemittel-Alternativen. Die CO2-Sublimation stellt eine sinnvolle Möglichkeit dar, Kühltemperaturen unterhalb von ‑50 °C mit einem nichtbrennbaren Kältemittel zu realisieren.


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