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Prototyp einer Stirling-Kältemaschine.
© Universität Essen
Neue Technologie für die Tiefkühlung
Projektinfo 01/2003
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Stirling-Kältemaschinen

Bei der Kälteerzeugung im Temperaturbereich oberhalb von -80°C, dominiert die Kaltdampf- Kältemaschine als kostengünstiges und robustes Massenprodukt den Markt. Seit dem Verbot der umweltschädlichen FCKWs, die als Arbeitsmittel zum Einsatz kamen, ist jedoch Bewegung in die Branche gekommen. Einerseits mussten für die verschiedenen Temperaturbereiche möglichst gleichwertige Ersatz- Arbeitsmittel entwickelt werden, andererseits stellte sich auch die Frage, ob die Kälteerzeugung in den jeweiligen Anwendungsbereichen auch mit anderen Verfahren wirtschaftlich möglich ist.

In einigen Marktsegmenten konnten alternative Verfahren schnell Fuß fassen. So werden z. B. zur Gebäudeklimatisierung zunehmend Adsorptionskältemaschinen und offene sorptive Verfahren eingesetzt. Diese nutzen Wärme auf niedrigem Temperaturniveau als Antriebsquelle und können mit Abwärme oder Sonnenenergie betrieben werden. Entsprechende Lösungen zur Erzeugung tiefer Temperaturen zwischen -50 und -20 °C etwa für die Tiefkühlung von Lebensmitteln oder für industrielle Zwecke sind noch nicht marktreif.

Als ein aussichtsreicher Kandidat erweist sich die Stirling-Kältemaschine. Mit nur wenigen beweglichen Teilen arbeitet sie sehr zuverlässig und ihr Arbeitsgas ist weder giftig noch klimaschädlich. Sie lässt sich gut regeln und ist weitaus unempfindlicher gegenüber schwankenden Betriebsbedingungen als die Kaltdampf- Kältemaschine.

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Bisher werden Stirling-Kältemaschinen fast ausschließlich im Tiefsttemperaturbereich zwischen -250 und -190 °C eingesetzt. Bis hinauf zu -40 °C hat sie bessere Gütegrade als andere Systeme. Ihre Eigenschaften machen die Stirling- Kältemaschine aber auch für höhere Temperaturbereiche interessant. Eine an der Universität Essen gefertigte Studie zeigt ein breites Einsatzspektrum für die Stirling- Kältemaschine auf. Exemplarisch wurden, mit Unterstützung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit (BMWA), Prototypen für gewerbliche und industrielle Anwendungen aufgebaut und erprobt. Während die Untersuchung von Tiefkühlanwendungen in Supermärkten bereits abgeschlossen ist, liegen für die Lösungsmittelrekondensation in Gewerbebetrieben erste Ergebnisse vor.

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