Ziel der Entwicklung

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines einstufigen Pulse-Tube-Kühlers für Einsatz im Automotiv-Bereich. Mit diesem Kühler sollen in Zukunft tiefkalte Hochdruckspeicher gekühlt werden. Hintergrund ist, mit den derzeitig existierenden Kfz-Wasserstoff-Speichertechnologien lassen sich bei gleichem Tankvolumen gegenüber fossilen Brennstoffen wie Benzin oder Diesel nur geringe Reichweiten erzielen. Mit der am ILK Dresden entwickelten Technologie, der Speicherung von Wasserstoff im überkritischen Zustand, zum Beispiel bei einer Temperatur von 50 K und einem Druck von 500 bar, kann die Speicherdichte und damit auch die Reichweite eines solchen Fahrzeuges gegenüber der Speicherung bei gleichem Druck und Raumtemperatur verdoppelt werden. Aus der beschriebenen Zielstellung zur Anwendung ergeben sich folgende Anforderungen an den Kühler:
Es ist Mobil in einem Kfz einsetzbar, zudem kompakt, leicht und langlebig. Der Kühler lässt sich mit der Kfz-Bordspannung betreiben und besitzt durch fünf Watt Kälteleistung bei 50 Kilo einen hohen Gesamtwirkungsgrad. Neben des preiswerten Aufbaus, beispielsweise durch einen Hermetikverdichter aus der Haushaltkältetechnik, wird außerdem ein umweltneutrales Kältemittel verwendet.

Vorteile und Lösungen

Das Hauptergebnis dieses Projektes ist ein mobil einsetzbarer, funktionsfähiger und effizient arbeitender Kühler. Alle verwendeten Komponenten, Verdichter, Ventileinheit und Steuerung arbeiten mit 24 Volt Gleichspannung. Die Abmessungen und das Gewicht wurden für den mobilen Einsatz gering gehalten. Mit der speziell für den Kühler entwickelten Steuerung ist auch ein vollautomatisierter Betrieb möglich. Der entwickelte Kühler kann zukünftig zur Kühlung von Hochdruckwasserstoffspeichern eingesetzt werden. Mit dieser Technologie ist eine Verdopplung der Reichweite von Fahrzeugen mit Wasserstoffbrennstoffzelle von derzeit rund 500 Kilometer auf 1000 Kilometer realisierbar. Die speziell entwickelten Komponenten wie die Ventileinheit und Ölabscheidung sowie die gesammelten Erfahrungen können von Kunden ebenfalls genutzt werden. Die beschriebene Entwicklung kann zusätzlich auf weitere Anwendungen mobiler, kryogener Kühlung übertragen werden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Gegenwärtig wird versucht, die Kälteleistung und den Wirkungsgrad noch weiter zu steigern. Parallel dazu erfolgt die Akquise von Herstellern von Wasserstoff-Hochdruckspeichern. Die gesammelten Erfahrungen sollen weiter genutzt werden, um unter anderem ein Verbundsystem von Kühler und Wasserstoffspeicher zu realisieren, idealerweise in Verbindung mit einem Hersteller, damit auch der Absatz des entwickelten Kühlers vorangetrieben werden kann. Das Konzept des Kühlers soll auch auf andere mobile, tiefkalte Anwendungen übertragen werden; dadurch lassen sich weitere Partner gewinnen. Die bisher gewonnenen Erkenntnisse konnten bereits während der Projektlaufzeit als Grundlage für weitere Forschungstätigkeiten verwendet werden.