Auslegungsrechnungen für eine Kaskadenkälteanlage mit einem CO_2-Sublimationskreislauf in der Unterstufe

摘要

Für Kälteanwendungen im Temperaturbereich von -50 °C und darunter stehen nur begrenzt Sicherheitskältemittel zur Auswahl. Bisher wird R-23 trotz seines enormen Treibhauspotentials (GWP=14800) als Standardkältemittel für diesen Temperaturbereich eingesetzt - abgesichert durch die Ausnahmeregelung in der EU-F-Gase-Verordnung. Frühere Studien zeigen bereits die Möglichkeiten und Potenziale für die Verwendung von CO_2 als Kältemittel in einem Sublimationskreislauf unterhalb des Tripelpunktes von ca. -56 °C. An der TU Dresden werden dazu in einem aktuellen Forschungsprojekt Untersuchungen durchgeführt, die das natürliche Kältemittel CO_2 zu einer sinnvollen Alternative zu R-23 im Temperaturbereich unterhalb des Tripelpunktes qualifizieren sollen. In dieser Studie werden zunächst theoretisch verschiedene Anlagenschaltungsvarianten für einen CO_2-Sublimationskreislauf untersucht und vorgestellt. Auf Basis dieser Vergleichsrechnungen wird eine Schaltungsvariante in Kaskadenbauweise für eine neue Versuchsanlage an der TU Dresden ausgewählt, die einen direkten Vergleich einer CO_2- und R-23-Unterstufe unter gleichen Betriebsbedingungen ermöglicht. Für die obere Stufe der ausgewählten Kaskadenschaltung wird R-452A eingesetzt. CO_2- und R-23-Unterstufe können über ein Dreiwegeventil mit derselben oberen Stufe betrieben werden, um eine bestmögliche Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Für den CO_2-Sublimationskreislauf sind eine 2-stufige Verdichtung mit Zwischenkühlung und der Einsatz eines inneren Wärmeübertragers vorgesehen. Die Auslegungsrechnungen zeigen, dass mit CO_2 in vielen Betriebspunkten eine höhere Leistungszahl gegenüber R-23 erwartet werden kann.