Konzentrationsverschiebungen in einem kryogenen Gemischkältekreislauf mit mikrostrukturiertem Wärmeübertrager

Auf dem Joule-Thomson-Effekt basierende kryogene Gemischkältekreisläufe (cryogenic mixed-refrigerant cycles, CMRC) stellen eine kostengünstige, effiziente und beliebig skalierbare Technologie für die Kühlung bei Temperaturen unter 100 K dar. Damit eigenen sich Prozesse wie der mit weitsiedenden Kältemittelgemischen betriebene Linde-Hampson-Prozess beispielsweise für die Kühlung hochtemperatur-supraleitender Stromkabel.
Im Betrieb führen die unterschiedlichen Löslichkeiten der Gemischkomponenten im Verdichteröl sowie Flüssigkeitsansammlungen in kalten Totvolumina zu einer Veränderung der zirkulierenden Gemischzusammensetzung, was in der Prozessentwicklung beachtet werden muss. Zur Optimierung der Prozesseffizienz und der Charakterisierung dieser Zusammensetzungsverschiebung beim Einsatz eines neuartigen kompakten mikrostrukturierten Wärmeübertragers wurden Untersuchungen an Stickstoff-Kohlenwasserstoff-Gemischen durchgeführt. Die Zusammensetzungen der eingesetzten Gemische wurden dabei gravimetrisch bei der Befüllung und im Betrieb off-line mit einem kalibrierten Gaschromatographen bestimmt. Die auf diese Weise erhobenen Daten zeigen eine geringere relative Verschiebung der Zusammensetzung als allgemein in der Literatur beschrieben, was auf das geringere innere Volumen des eingesetzten Wärmeübertragers zurückgeführt werden kann.