Untersuchungen transkritischer CO2 Prozesse mit arbeitsleistender Entspannung - Prozessberechnungen, Auslegungen und Test einer Expansions-Kompressions-Maschine

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Ergebnisse der beiden am Lehrstuhl für Kälte- und Kryotechnik durchgeführten Forschungsprojekte, die in der Gliederung dieser Arbeit chronologisch aneinandergefügt wurden. Im Abschnitt 2 wird zunächst ein geschichtlicher Rückblick der CO2-Technologie zum Anfang des 19. Jahrhunderts gegeben. Es folgt ein Überblick über die stoffspezifischen Eigenschaften des Kohlendioxids und der verschiedenen sub- sowie transkritischen Prozesse, die bei einer Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel möglich sind. Im Abschnitt 3 wird der transkritische CO2-Prozess für verschiedene Anwendungen energetisch und exergetisch mit dem subkritischen Prozess mit R22 als Kältemittel verglichen und bewertet. Erläuterungen zum Aufbau der Versuchsanlage zur Warmwassererwärmung von 10°C auf 60°C sind im Abschnitt 4 und die erzielten Ergebnisse im Abschnitt 5 zu finden (erstes Projekt). Im zweiten Projekt wurden die verschiedenen Anwendungen der Kälte-, Klima- und Wärmepumpentechnik mit einer relativ hohen Temperatur des Kohlendioxids vor der Entspannung bzw. Austrittstemperatur des Kohlendioxids aus dem Hochdruckwärmeübertrager untersucht. Im Abschnitt 6 werden die verschiedenen Prozessberechnungen vorgestellt. Eine deutliche Verbesserung der Leistungszahl des transkritischen CO2-Prozesses ist möglich, wenn das Kohlendioxid arbeitsleistend entspannt wird und die zur Verfügung stehende Expansionsarbeit direkt für die Verdichtung in einer zweiten Stufe verwendet wird. Die Auslegung und Konzeption einer solchen Expansions-Kompressions-Maschine in Freikolbenbauweise wird im Abschnitt 7 behandelt. Erste Versuchsergebnisse mit dieser Maschine schließen sich im Abschnitt 8 an.