Ziel der Entwicklung

Das Dichtungssystem einer schnell rotierenden Welle in einem Flüssigeiserzeuger ist hohen mechanischen und tribologischen Belastungen ausgesetzt. Als Schmier- und Kühlmedium dient
Wasser, dessen Schmiereigenschaften im Vergleich zu Ölen deutlich geringer sind und das dadurch erhöhte Anforderungen an das Dichtungssystem stellt. Aufgrund des starken Verschleißes war die Lebensdauer der bisher eingesetzten Dichtung begrenzt, wodurch häufige Wartungsmaßnahmen erforderlich wurden. Dies führte zu erhöhten Betriebskosten, einer eingeschränkten Anlagenverfügbarkeit und einem wirtschaftlichen Bedarf nach einer langlebigeren Dichtungslösung. Ziel des Projekts war daher die Entwicklung einer verbesserten Dichtung, die eine höhere Lebensdauer aufweist und dadurch die Zuverlässigkeit der Anlage erhöht. Gleichzeitig soll ein vorzeitiger Anstieg der Leckage minimiert sowie der Wartungsaufwand und die damit verbundenen Kosten reduziert werden.

Vorteile und Lösungen

Zur Erreichung des Projektziels wurde zunächst die Ursache für die begrenzte Lebensdauer der bisher eingesetzten Dichtungssysteme untersucht. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wurden neue Dichtungskonzepte entwickelt, konstruiert und hinsichtlich ihrer Eignung bewertet. Hierfür
wurde ein eigener Dichtungsprüfstand konzipiert und aufgebaut, mit dem verschiedene Lösungsansätze unter definierten Bedingungen experimentell untersucht werden konnten. Ergänzend erfolgte die Integration und Erprobung ausgewählter Dichtungslösungen direkt im Flüssigeiserzeuger, um deren Funktion und Zuverlässigkeit unter realen Betriebsbedingungen zu bewerten.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die entwickelte Dichtungslösung ermöglicht den zuverlässigen Betrieb innovativer Flüssigeiserzeuger und schafft damit eine wichtige Voraussetzung für die breite Anwendung von Wärme- Kälte-Konzepten in industriellen und kommunalen Energiesystemen. Die relevanten Zielmärkte liegen daher nicht im Bereich der Dichtungstechnik selbst, sondern bei Betreibern
von Kälte-, Klima- und Wärmeversorgungssystemen im nationalen sowie perspektivisch im internationalen Markt. Potenzielle Anwender sind insbesondere Unternehmen und Einrichtungen mit hohem Kältebedarf, ausgeprägten Lastspitzen oder einem Bedarf an effizientem Energiemanagement. Hierzu zählen unter anderem Molkereien, Brauereien, industrielle Produktions- und Prüfprozesse, Rechenzentren sowie weitere Anwendungen mit kontinuierlichem Kälte- bzw. Klimatisierungsbedarf. Durch die Speicherung von Kälte können Lastspitzen reduziert, günstige Energiezeiten genutzt und die Anlagenverfügbarkeit erhöht
werden. Darüber hinaus bieten die Systeme Vorteile für Anwender mit hohen Anforderungen an Umweltverträglichkeit, Brandschutz und Nachhaltigkeit sowie für Standorte, bei denen zukünftige regulatorische Anforderungen, beispielsweise durch die F-Gase-Verordnung, eine Anpassung bestehender Kältesysteme erforderlich machen. Ein weiteres wesentliches Marktpotenzial ergibt sich aus der Kombination von Kälte- und Wärmeerzeugung. Durch die Nutzung der bei der Flüssigeiserzeugung entstehenden Wärme können Wärme-Kälte-Konzepte umgesetzt werden, die insbesondere für kommunale Energieversorger, Betreiber von Wärme- und Kältenetzen, Wohn- und Gewerbequartiere sowie die Lebensmittel- und Prozessindustrie interessant sind. Die
gleichzeitige Nutzung von Wärme und Kälte ermöglicht eine ganzjährige Auslastung der Anlagentechnik und steigert dadurch die Wirtschaftlichkeit. Die Nutzung von Wasser als
natürliches Kältemittel eröffnet dabei neue Möglichkeiten für nachhaltige Energieversorgungskonzepte, beispielsweise durch die Erschließung von Oberflächengewässern im Bereich der Hydrothermie. Der Transfer der Forschungsergebnisse in die industrielle Anwendung erfolgt über verschiedene Wege. Ein wesentlicher Baustein ist die Zusammenarbeit mit der AQVA SYNERGY GmbH, einem 2022 aus dem ILK Dresden hervorgegangenen
Spin-off und Lizenznehmer der Technologie, für die Entwicklung und Markteinführung von Flüssigeiserzeugern sowie deren Integration in bestehende Kälte- und Wärmenetze. Ferner nutzt das ILK Dresden die gewonnenen Erkenntnisse für die Weiterentwicklung von Anwendungen, die Unterstützung bei der Umrüstung bestehender Anlagen sowie durch Beratungsleistungen, Studien und Konzeptentwicklungen für potenzielle Anwender. Die Projektergebnisse stehen grundsätzlich auch weiteren geeigneten Industriepartnern für zukünftige Anwendungen und Verwertungswege zur Verfügung. Die Entwicklung baut auf umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten des ILK Dresden im Bereich „Wasser als
natürliches Kältemittel“ auf, die bereits seit den 1990er Jahren durchgeführt werden. Dabei wurden verschiedene Technologien entwickelt, erprobt und teilweise bereits in den Markt überführt. Erste Anwendungsbeispiele für Flüssigeissysteme sind eine Kältespeicheranlage an der
Westsächsischen Hochschule Zwickau mit 50 kW Eiserzeugungsleistung sowie größere Anlagen an der Georg-August-Universität Göttingen mit 180 kW und 400 kW, unter anderem zur Versorgung eines Rechenzentrums. Auch im Bereich der Wärme-Kälte-Kopplung konnten wichtige Entwicklungsschritte erreicht werden. Im Projekt AQVA HEAT wurde gemeinsam mit Forschungspartnern die Nutzung von Oberflächengewässern als Wärmequelle über ein auf Wasser als Kältemittel basierendes Flüssigeissystem untersucht und in Zittau erstmalig demonstriert. Aufbauend darauf wird im Folgeprojekt AQVA HEAT II die Weiterentwicklung und
Erprobung des Gesamtsystems zur nachhaltigen Wärmebereitstellung verfolgt. Auf Grundlage dieser Erfahrungen und der entwickelten Technologieplattform bestehen gute Voraussetzungen für eine weitere Markterschließung. Durch die Kombination aus effizienter Kältebereitstellung, thermischer Speicherung und der Nutzung natürlicher Wärmequellen bieten die Systeme ein hohes Potenzial für zukünftige nachhaltige Energieversorgungskonzepte im nationalen und internationalen Markt.