Ziel der Entwicklung
Ziel des Projektes war die Entwicklung einer umweltfreundlichen Alternative zu den fluorierten Treibhausgasen (F-Gase) Kältemitteln für die Kälteerzeugung unterhalb von -50 Grad Celsius. Es wird das Kältemittel CO2 verwendet und damit der Phasenübergang fest-gasförmig, die Sublimation, zur Kälteerzeugung genutzt. Für diese neuartige Technologie wurde ein praxistauglicher Sublimations-Wärmeübertrager entwickelt, der im Kältekreislauf, ähnlich wie ein herkömmlicher Verdampfer, für die Kälteerzeugung integriert werden kann.
Vorteile und Lösungen
Für die Kälteerzeugung unter -50 Grad Celsius mit dem Kältemittel CO2 ist in einem Kältekreislauf ein Wärmeübertrager erforderlich, mit dem die Sublimation des CO2-Trockeneises realisiert wird. Ein solcher Sublimations-Wärmeübertrager wurde im Projekt neu entwickelt. In Vorversuchen wurde eine optimale Technologie für die Sublimation herausgearbeitet und für den neuen Sublimations-Wärmeübertrager angepasst. Der Wärmeübertrager ist im Wesentlichen ein aufrecht stehender Behälter. In diesem befindet sich ein geeignetes Fluid, dem das feste CO2-Trockeneis von außen unten zugeführt wird. Das Trockeneis sublimiert in dem Fluid, welches dabei auf circa -78 Grad Celsius abgekühlt wird. Die so erzeugte nutzbare Kälte kann über einen Sekundärkreis mit einem Tieftemperatur-Kälteträger zur Kühlanwendung transportiert werden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Potentielle Zielmärkte für die Projektergebnisse resultieren aus der politisch forcierten und ökologisch erforderlichen Ablösung von F-Gase-Kältemitteln. Diese umweltgefährdenden Stoffe werden künftig absehbar immer schwieriger beschaffbar sein und sich entsprechend verteuern. Zielmarkt für Sublimations-Wärmeübertrager sind Hersteller von Kälteanlagen für den Temperaturbereich unter -50 Grad Celsius, die das Kältemittel CO2 verwenden. Mögliche Anwendungsbereiche für solche Kälteanlagen ist der Laborbereich, zum Beispiel für Prüf- beziehungsweise Umweltsimulationskammern, Thermostate und Detektoren, und die Lebensmitteltechnologie im Bereich der Gefriertrocknung oder dem Schockfrosten. Ein weiterer Anwendungsbereich stellen Prozesse in der Tieftemperaturmedizin beziehungsweise -biologie dar. Die Nutzer der Projektergebnisse profitieren von einer umweltfreundlichen, nachhaltigen Technologie mit dem Arbeitsstoff CO2, die auch auf längere Sicht in der Zukunft anwendbar sein wird.
Der Transfer der Projektergebnisse in die Industrie soll vom ILK möglichst direkt über frei finanzierte Forschungsaufträge erfolgen. Zudem bieten sich dem ILK künftig Möglichkeiten für entsprechende ingenieurtechnische Aufgaben u.a. im Bereich von Kälteanlagen mit CO2-Trockeneis-Sublimations bzw. von entsprechenden WÜ für die Sublimation.
Ein langjähriger Industriepartner des ILK Dresden hat bereits Interesse an dem Entwicklungsergebnissen dieses Projektes und sieht einen entsprechenden Bedarf dieser CO2-Technologie in der Industrie. Von diesem Unternehmen wurde ein druckfester Prototyp des Sublimations-Wärmeübertragers hergestellt, der die Anforderungen für eine industrielle Serienproduktion erfüllt.