P-84: The Art of Refrigeration
Tieftemperaturkühlung mit nur 1 Kompressorstufe
-90°C bei einem Druckverhältnis unter 10
300 W Kälteleistung @ -84°C, 100 g natürliches Kältemittel, 0.13 m³ Bauraum
Nur eine handvoll Personen weltweit kennen sich mit dieser Art der Kühltechnologie aus.
ThermodynamX kann die Kühltechnologie kundenspezifisch auf die benötigte Leistung und die Einsatztemperaturen skalieren.
Technische Angaben: Prototyp
Kälteleistung: 300 W
Verdampfungstemp.: -84 °C
Füllmenge: < 150 g
Besondere Merkmale
Hermetisch dicht
Einstufiger Verdichtungsprozess
100 % natürliche Kältemittel
Die Situation
Im Jahre 1934 wurde erstmalig ein Ansatz patentiert, der vorsah mit nur einer Kompressorstufe in einem neuartigen Kreisprozess Temperaturen im Bereich -100°C zu erreichen. In diesem Patent von W.J. Podbielniak fand die sogenannte Autokaskade ihren Ursprung. Verglichen mit einer konventionellen Kaskadenschaltung von zwei oder mehr Kältekreisen, ist nur ein Kompressor für Tieftemperatur-Kühlungen erforderlich. Bauraum und Gewicht sind dadurch geringer, Ansteuerung, Systemüberwachung und -Wartung vereinfachen sich wesentlich. Wir möchten, dass unsere Kunden von diesen Potenzialen profitieren können.
Die Herausforderung
Nur wenige Personen weltweit kennen sich heute mit dieser Art des Kältekreises aus. Diese Menschen haben sich ihr Wissen über Jahre in Experimenten im Rahmen der Evolution der Autokaskade in den 1970er Jahren angeeignet. Nur wenige Unternehmen bringen den Kreislauf in spezifischen Geräten zur Anwendung (bspw. Polycold) und halten ihr Wissen um die Auslegung geschützt und geheim. Es gibt kein Buch, welches die Autokaskade in all ihren Eigenheiten beschreibt und sie wird nicht an den Schulen gelehrt. Folgende Hürden mussten wir überwinden:
Unbekannte Kältemittel-Mischungsverhältnisse
Einsatz von 100% natürlichen Kältemittel
Füllmenge < 150g
Reproduzierbar und skalierbares Ergebnis
Unser Vorgehen
Wir haben uns über Monate mit den verschiedenen Patenten und Informationen aus unterschiedlichsten Quellen auseinandergesetzt. Wir haben uns selbst intensiv mit der Thematik befasst und mittels thermodynamischen Simulationen diverse Kreislaufvarianten theoretisch verglichen. Theorie allein reicht nicht aus, um die Funktion und Leistungsfähigkeit zu beweisen. Im Herbst 2019 nahmen wir deshalb unseren ersten Prototypen — P-84, Mark I — in Betrieb. 300 W auf einem Temperaturniveau von -84 °C sollte er in einem Bauraum von 0.5 x 0.5 x 0.5 m³ erreichen.
Die Lösung
Nach sechsmonatiger Test- und Optimierungsphase konnten wir unsere Anforderung von 300 W mit einer Füllmenge im Bereich von 100g erreichen. Vor allem die Füllmenge ist essenziell für die künftigen Geräteentwicklungen mit natürlichen Kältemitteln.
Unser erklärtes Ziel, den Autokaskaden-Ansatz für Kundenentwicklungen anbieten zu können, haben wir erreicht. Wir arbeiten kontinuierlich daran, uns in dieser Thematik weiterzuentwickeln und die Anwendungsmöglichkeiten zu entdecken. Mit dem Kreislauf lassen sich kühne Wünsche erfüllen. Die Einarbeit war eine der herausforderndsten Erfahrungen seit dem Bestehen von ThermodynamX.