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Pulse-Tube-Kühler mit Hermetikverdichterantrieb

Euronorm/BMWI

Dipl.-Ing. Gunar Schroeder

+49-351-4081-5129

mobil einsetzbar u.a. für die Wasserstofftechnologie

Im Rahmen des Forschungsvorhaben „Mobil einsetzbarer einstufiger Pulse-Tube-Kühler mit Hermetik-Verdichterantrieb“ (Förderkennzeichen MF 130012) wurde ein kompakter, robuster und wartungsarmer Kryokühler entwickelt.
Mögliche Einsatzgebiete für diesen Kühler sind z. B.:

  • die Kühlung von mobilen Hochdrucktanks zur Speicherung von Treibstoffen in tiefkaltem flüssigem oder auch superkritischem Zustand (z. B. H2 – kryogen unter hohem Druck)
  • mobile Kühlanwendungen < –40°C in der Medizintechnik, Transport von organischem Material oder Proben

Das System verfügt über einen einfachen und preisgünstigen Aufbau mit folgenden Vorteilen:

  • Mobil einsetzbar, Versorgungsspannung 12 V oder 24 V, luftgekühlt
  • Bereitstellen kryogener Temperaturen im Bereich von 60…120 K
  • Wartungsarm und langlebig, keine beweglichen Teile im Kaltteil
  • Programmierbare Temperaturkurven durch Mikrocontroller-basierte Steuerung
  • Geringe Leistungsaufnahme, im Bereich 500 W
  • Geringer Platzbedarf, Anordnung kann angepasst werden
  • Niedrigere Kosten durch weitgehende Verwendung von kommerziellen Komponenten

Abbildung 1 zeigt den experimentellen Versuchsaufbau des Kühlers in speziell angepasster Orifice-Double-Inlet Konfiguration. Mit dem Einsatz einer speziellen Ventilsteuerung konnten 2 W Kälteleistung bei 77 K und 5 W bei 90 K erreicht werden. Die tiefste erreichte Temperatur mit die-sem einstufigen Aufbau lag bei 68 K. Geplant sind weitere Untersuchungen mit einem speziell angepassten Verdichter, wobei noch tiefere Temperaturen von bis zu 40 K angestrebt werden. In einem 100 h dauernden Versuch wurde die Temperaturstabilität des Systems validiert, siehe Ab-bildung 2.

Wir suchen Industriepartner für Adaptionen für spezielle Anwendungszwecke oder mögliche Weiterentwicklungen. Denkbar sind zum Beispiel ein kompaktes Kfz-taugliches System in einem funktionalem Gehäuse mit den benötigten Schnittstellen oder eine Weiterentwicklung des derzeitigen Kühlers zu höherer Kälteleistung, tieferen Temperaturen und höherer Effizienz.


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