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Konzept zur hocheffizienten kryogenen Kälteerzeugung mittels tiefsiedender Gemische

Klöppel, Steffen (2023) Konzept zur hocheffizienten kryogenen Kälteerzeugung mittels tiefsiedender Gemische. Dissertation, Technische Universtät Dresden.

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Abstract

Die bei tiefen Temperaturen auftretenden Effekte finden vielfältige Anwendungen in Wissenschaft und Technik. Aufgrund der physikalischen Gesetzmäßigkeiten ist die Kälteerzeugung selbst mit einer idealisierten Kälteanlage energieintensiv. Reale Kälteprozesse erreichen nur einen Bruchteil des idealen Wertes. Kälteanlagen, die den linksläufigen Brayton-Prozess abbilden, erreichen unter Umständen hohe exergetische Wirkungsgrade. Bei den zumeist benötigten, kleinen Temperaturspannen, beispielsweise zur Unterkühlung von flüssigem Stickstoff, fallen diese jedoch aufgrund bestimmter Randeffekte stark ab. In dieser Arbeit wird, aufbauend auf dem linksläufigen Brayton-Prozess, ein Kreislaufkonzept entwickelt, das es durch ein teilweise kondensierendes Kältemittelgemisch erlaubt, die Temperaturspannen der Kälteerzeugung und -nutzung von einander zu entkoppeln. Ausgehend von dem Grundkreislauf werden verschiedene Optimierungen durchgeführt. Die prinzipielle Umsetzbarkeit des Konzepts wird anhand von vereinfachten Modellen für die Komponenten nachgewiesen. Auf Grundlage dieser Modelle wird der entwickelte Kreislauf direkt mit einem optimierten linksläufigen Brayton-Kreislauf verglichen. Dabei zeigt sich, dass, bei vergleichbarem anlagentechnischen Aufwand, eine erhebliche Steigerung des exergetischen Wirkungsgrads möglich ist. Im zweiten Teil der Arbeit wird das Konzept auf eine weitere Anwendung, der Kälteerzeugung auf Flüssighelium- und Schildkühlungsniveau erweitert. Dabei dient die kondensierende Komponente der Erhöhung der scheinbaren molaren Masse im Gemisch mit Helium. Dadurch lässt sich ein wirtschaftlicher Einsatz von effizienten Turboverdichtern erzielen. Durch die Abtrennung der schwereren Komponente wird eine reiner Heliumstrom zur Kälteerzeugung bei sehr tiefen Temperaturen bereitgestellt.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/194436/
Document Type:Thesis (Dissertation)
Title:Konzept zur hocheffizienten kryogenen Kälteerzeugung mittels tiefsiedender Gemische
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthor's ORCID iDORCID Put Code
Klöppel, SteffenUNSPECIFIEDhttps://orcid.org/0000-0002-4930-7535UNSPECIFIED
Date:2023
Refereed publication:No
Open Access:Yes
Status:Published
Keywords:Kryogene Kälteerzeugung, Kühlung supraleitender Kabel, Kälteanlagen mit Turboverdichtern
Institution:Technische Universtät Dresden
Department:Bitzer-Professur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik
HGF - Research field:Energy
HGF - Program:other
HGF - Program Themes:E - no assignment
DLR - Research area:Energy
DLR - Program:E - no assignment
DLR - Research theme (Project):E - no assignment
Location: Zittau
Institutes and Institutions:Institute of Low-Carbon Industrial Processes
Deposited By: Klöppel, Dr.-Ing. Steffen
Deposited On:27 Mar 2023 11:08
Last Modified:31 May 2023 15:34

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  • Konzept zur hocheffizienten kryogenen Kälteerzeugung mittels tiefsiedender Gemische. (deposited 27 Mar 2023 11:08) [Currently Displayed]

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