[…] Die Forschung arbeitet intensiv an der Entwicklung immer neuerer Verfahren, um [den steigenden Ansprüchen von Umwelt und Verbrauchern] zu genügen. Ein Gebiet auf dem besonders intensiv geforscht wird ist die Kältetechnik. Die Kältetechnik befasst sich mit genau diesen Problemen. Einerseits benötigt die Industrie immer tiefere Temperaturen. Um aber bei herkömmlichen Verfahren eine tiefe Temperatur zu erreichen, ist das nur in Verbindung mit einem gleichzeitigen Steigen des Energiebedarfes möglich. Häufig werden, um dennoch sehr tiefe Temperaturen zu erreichen, künstliche Kältemittel verwendet, die allerdings den Treibhauseffekt verstärken und daher eher ungeeignet sind. So zum Beispiel das teilhalogenierte Fluor- Chlor- Wasserstoff (H-FCKW), das als Ersatz für das reine FCKW verwendet wurde. Da es aber ebenso den Treibhauseffekt fördert, wurde es seit dem 01.01.2000 in allen neuen Anlagen verboten. Ein anderes Kältemittel ist Ammoniak, welches vernachlässigbar zum Treibhauseffekt beiträgt, es ist aber brennbar und giftig und daher auch ungeeignet. Oft findet auch flüssiger Stickstoff, der leicht und in großen Mengen herstellbar ist, Anwendung. Flüssiger Stickstoff kann den Kältebedarf für einige Anwendungen in der Industrie aber nur unzureichend abdecken, so dass er zwar immer noch eine gute Alternative ist, aber nur ungenügend in allen Gebieten angewandt werden kann.
Eine zusätzliche Möglichkeit bietet sich da durch den Stirling Motor. Dieser, schon im 19. Jahrhundert entwickelte Motor, war lange in Vergessenheit geraten, da er im Wettkampf mit OTTO- und DIESEL- Motor das Nachsehen hatte. In den 1950er Jahren aber griff die Firma „Philips“ das Prinzip des Stirling Motors wieder auf und entwickelte daraus 1955 eine Kältemaschine zur Gasverflüssigung. Ob die Stirling- Kältemaschine die heutigen Anforderungen erfüllt und somit eine Alternative zu den bestehenden Kältemaschinen ist, wird sich im Folgenden herausstellen.
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
2. Stirling Maschine
2.1 Idealer Stirling- Prozess
2.2. Differenzen zum idealen Prozess
2.3. Arten von Stirling- Maschinen
3. Kältemaschinen
3.1. Philips Typ A Kältemaschine
3.2. Solo 161 Kältemaschine
4. Anwendung der Stirling- Kältemaschine als Kühlaggregat
4.1 Anwendungsgebiete
4.2 Einsatz von Stirling- Kältemaschinen in der Tiefkühlung in Supermärkten
5. Anwendung in der Lösungsmittelkondensation
5.1 Das Prinzip der Lösungsmittelkondensation
5.2 Anwendung der Stirling- Kältemaschine in der Kryokondensation
6. Abschließende Bewertung
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht das Potenzial von Stirling-Maschinen als Kühlaggregate, um deren Eignung als ökologisch sinnvolle und effiziente Alternative zu herkömmlichen Kältetechniken in verschiedenen industriellen Anwendungsbereichen zu bewerten.
- Funktionsweise des idealen Stirling-Prozesses und Abweichungen in der Realität
- Analyse technischer Bauarten (Alpha-, Beta- und Gamma-Typ)
- Bewertung von Stirling-Kältemaschinen in der Tiefkühlung und Kryokondensation
- Vergleich der Umweltbelastung gegenüber konventionellen Kältemitteln
- Untersuchung der Wirtschaftlichkeit und technischer Implementierungshürden
Auszug aus dem Buch
2.1. Der ideale Stirling- Prozess
Der ideale Stirling- Prozess ist ein geschlossener, regenerativer Gaskreisprozess, bei dem ein Arbeitsgas zweimal isotherm und zweimal isochor seinen Zustand ändert. Das Arbeitsmedium wird im Laufe des Vorgangs durch Veränderung des inneren Volumens des Prozessraumes und durch Einteilung dieses Raumes in Bereiche unterschiedlicher Temperatur komprimiert und expandiert. Das Arbeitsgas bewegt sich vom Warmen zum kalten Bereich, dabei gibt das Arbeitsmedium an den Regenerator (Speichermasse) Wärme ab, welche es auf dem Weg vom kalten Raum zum warmen wieder aufnimmt. Das Ergebnis dieses „thermodynamischen Kreisprozesses ist die Netto- Umwandlung von Wärme in Arbeit und umgekehrt.“ (Schiefelbein, K., 1997, S. 3).
In Bild 2-1 ist ein möglicher Einsatz eines Stirling- Prozesses dargestellt, an dem man die vier Phasen der Umwandlung erkennen kann.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einführung: Diese Einleitung erläutert den wachsenden Energiebedarf und die Notwendigkeit umweltfreundlicherer Kältetechniken, die keine ozonschädigenden oder treibhausfördernden Kältemittel benötigen.
2. Stirling Maschine: Das Kapitel beschreibt den theoretischen idealen Stirling-Prozess, die physikalischen Differenzen zum realen Betrieb sowie die verschiedenen Bauarten der Maschine.
3. Kältemaschinen: Hier werden anhand der Philips Typ A und der Solo 161 zwei konkrete Beispiele für Stirling-Kältemaschinen vorgestellt und deren technischer Aufbau analysiert.
4. Anwendung der Stirling- Kältemaschine als Kühlaggregat: Der Autor untersucht das Potenzial von Stirling-Kältemaschinen in industriellen Anwendungen, insbesondere in der Tiefkühlung in Supermärkten, und vergleicht diese mit konventionellen Systemen.
5. Anwendung in der Lösungsmittelkondensation: Dieses Kapitel widmet sich der Kryokondensation als zukunftsweisendem Einsatzgebiet für Stirling-Kältemaschinen, da sie teure Aktivkohlefilter ersetzen könnten.
6. Abschließende Bewertung: Die Arbeit schließt mit einer zusammenfassenden Analyse, die konstatiert, dass Stirling-Kältemaschinen zwar ökologische Vorteile bieten, aber aufgrund hoher Kosten derzeit nur in speziellen Nischen konkurrenzfähig sind.
Schlüsselwörter
Stirling-Maschine, Kältetechnik, Kältebereitstellung, Stirling-Prozess, Kryokondensation, Tiefkühlung, Umweltbelastung, Energieeffizienz, Industriekälte, Regenerator, Treibhauseffekt, Nachhaltigkeit, Arbeitsgas, Wirkungsgrad.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Hausarbeit untersucht die Einsatzmöglichkeiten von Stirling-Maschinen als Kühlaggregate und deren Wettbewerbsfähigkeit gegenüber herkömmlichen Kältemaschinen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Schwerpunkte liegen auf der Funktionsweise des Stirling-Prozesses, der technischen Umsetzung in verschiedenen Maschinentypen und der Bewertung ökologischer sowie ökonomischer Faktoren in der industriellen Kältetechnik.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist zu klären, ob Stirling-Kältemaschinen eine lohnende und technisch reelle Alternative zu etablierten Kaltdampf-Kältemaschinen darstellen können.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine theoretische Untersuchung, die auf thermodynamischen Grundlagen, Prozessbeschreibungen und dem Vergleich von Leistungsdaten bestehender Anlagen basiert.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert die theoretischen Grundlagen des Stirling-Prozesses, stellt konkrete Anwendungsbeispiele vor und diskutiert Potenziale in der Tiefkühlung sowie der Kryokondensation.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Stirling-Maschine, Kältetechnik, Kältebereitstellung, Kryokondensation, Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit.
Warum sind Stirling-Kältemaschinen besonders in der Kryokondensation interessant?
Sie ermöglichen sehr tiefe Temperaturen und könnten dadurch den Einsatz von umweltbelastenden Kältemitteln sowie die Wartung aufwendiger Aktivkohlefilter überflüssig machen.
Welche Rolle spielt flüssiger Stickstoff im Vergleich zur Stirling-Technologie?
Flüssiger Stickstoff ist derzeit der stärkste Konkurrent in der Kryokondensation, weist jedoch erhebliche Nachteile bei der Lagerung, beim Energiebedarf und durch Eisbildung auf.
- Citar trabajo
- Stefan Kuhles (Autor), 2004, Der Einsatz von Stirling-Maschinen als Kühlaggregat, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/48401
