CO_2 Kreislauf zur Anwendung in der Tiefkälte

摘要

Die neu in Kraft getretene EU-F-Gase-Verordnung schränkt den Einsatz von fluorierten Kältemitteln schrittweise ein und soll besonders Treibhauseffekt-fördernde Kältemittel mehr und mehr aus dem Markt drängen. Für den Temperaturbereich unter -50°C gibt es jedoch in der F-Gase-Verordnung eine Ausnahmeregelung. Diese ermöglicht es, vorerst noch verbotsfrei in diesem Temperaturbereich bzw. darunter zu agieren. Wie lange diese Ausnahmeregelung aufrechterhalten wird, ist nicht abzusehen. Auf der Suche nach Alternativen für diesen Temperaturbereich rückt auch CO_2 einmal mehr in den Fokus. Typische Anwendungen von CO_2 als Kältemittel waren bisher im Allgemeinen auf den Temperaturbereich oberhalb der Tripeltemperatur limitiert. Werden die Tripelbedingungen des CO_2 unterschritten, treten nur noch die Zustände fest und gasförmig auf. Das vorliegende Paper beschreibt die effiziente Kreislaufführung unter Verwendung von CO_2 als Kältemittel mit Fokus auf Kalttemperaturen deutlich unterhalb des Tripelpunkts. Es werden theoretische Rechnungen für Sublimationskreisläufe im Vergleich zum Stand der Technik durchgeführt und verbundene Herausforderungen diskutiert. Prinzipiell eignen sich CO_2-Sublimationskreisläufe, um als Substitut typischer Kaskadenkälteanlagen eingesetzt zu werden. Dabei kann auf Basis theoretischer Berechnungen sogar von einer um wenige Prozentpunkte verbesserten Effizienz ausgegangen werden. Insbesondere die Kreislaufkomponenten, die mit festem bzw. gasförmigem CO_2 in Berührung kommen, sind jedoch aller Voraussicht nach nicht mit bereits verfügbaren Standardkomponenten abzudecken und müssen neu entwickelt werden.