Kompakt, effizient, ölfrei und leise
Der Makrotrend einer nachhaltigen, sicheren und wettbewerbsfähigen Energieerzeugung und -nutzung bei gleichzeitiger Bekämpfung des Klimawandels führt zu einer Verlagerung der Heiz- und Kühlanwendungen auf Kältemittelkreisläufe, die von elektrischen Kompressoren angetrieben werden. Neue Anwendungen finden sich im Bereich Heizen/Kühlung/Klimatisierung von Gebäuden, Ersatz von Heizwiderständen durch Wärmepumpen in Elektrofahrzeugen, Kühlung in Flugzeugen, Lufttaxis, Drohnen, Hubschrauber, Kühlung der Elektronik auf engstem Raum in Datenzentren, Batteriespeichern, Raumfahrzeugen, Satelliten und unbemannten Luftfahrzeugen und generellen Anwendungen mit Kältemitteln mit niedrigerem Treibhauspotential (GWP).
Im Gegensatz zu Schraubenverdichtern oder anderen Verdrängungskompressoren, wie sie in modernen Kältemittelkreisläufen verwendet werden, können Zentrifugalkompressoren mit berührungslosen Gaslagern und einem direkt antreibenden Hochgeschwindigkeitsmotor betrieben werden. Dies hat gegenüber Verdrängerkompressoren zum Komprimieren von Kältemitteln mehrere Vorteile, insbesondere bauen die Kompressoren viel kleiner und leichter. Zudem wird ein ölfreier Betrieb ermöglicht, indem das Kältemittel selbst direkt als Schmiermittel für das Gaslager genutzt wird. In Kältemittelkreisläufen wird ein ölfreier Betrieb bevorzugt, um ein Aufschäumen des Kältemittels zu vermeiden. Zudem sind keine rotierenden (oder beweglichen) Dichtungen nötig und somit Leckagen praktisch ausgeschlossen und die Kompressoren sind wartungsfrei, die Lärm- und Vibrationsemissionen sind viel geringer und der Wirkungsgrad und damit der COP des Kältemittelkreislaufs sind sehr hoch.
In der Raumfahrtindustrie gelten nochmals deutlich strengere Anforderungen als in herkömmlichen Industriezweigen. Im Vordergrund stehen eine besonders kompakte und leichte Bauweise, da jeder eingesparte Kubikzentimeter und jedes Gramm Gewicht zu erheblichen Kostenvorteilen führt. Gleichzeitig ist eine aussergewöhnlich hohe Zuverlässigkeit erforderlich, da eine Wartung im Weltraum nicht oder nur sehr schwer möglich ist.
Ein zentrales Thema in der Raumfahrt ist das thermisches Management, welches im Weltraum aufgrund der fehlenden Atmosphäre ohne Konvektion und damit nur mittels Abstrahlung herausfordernd ist. In der Vergangenheit wurden meist Heat Pipes und sogenannte mechanically pumped liquide loops (MPL) zum Abtransport der von Instrumenten oder Personen erzeugten Wärme eingesetzt. Mit dem Zusammenhang Q ∝ T4 für Strahlungswärmeübertragung steigt die Wärmeabfuhrkapazität mit steigender Temperatur, was Wärmepumpen zunehmend interessant macht. Dies kann auch durch gesteigerte Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten für Wärmepumpen für Weltraumanwendungen beobachtet werden. In Satelliten oder in zukünftigen Space Data Centers dienen diese dazu die Wärme effizient vom Entstehungsort, zum Beispiel der Telekommunikations-Elektronik, zum Radiator aussen am Satelliten zu transportieren. Dieses Konzept lässt sich ebenso auf Raumstationen anwenden, um beispielsweise die Innenraumtemperatur zu regulieren. Auch für künftige Mond- oder Mars-Habitate erlaubt der Einsatz von Wärmepumpen skalierbare Lösungen.
Als Kernkomponente solcher Wärmepumpen kommen gasgelagerte Radialverdichter (Turbo Kompressoren) zum Einsatz, da sie die weltraumspezifischen Anforderungen nach geringem Gewicht, kompakter Bauweise, langer Lebensdauer, geringen Mikro-Vibrationsemissionen sowie ölfreiem Betrieb ideal erfüllen. Celeroton liefert hierfür mit seinen Hochgeschwindigkeitskompressoren eine optimale Lösung: Dank Gaslagerung arbeiten die Kompressoren vollständig ölfrei, wodurch die Gefahr einer Aufschäumung des Kältemittels deutlich reduziert wird. Darüber hinaus entstehen aufgrund des Funktionsprinzips der kontinuierlichen Strömungsmaschine keine Druckpulsationen, was die Vibrationsemissionen nochmals deutlich verringert.
Die Einsatzmöglichkeiten von Wärmepumpen und damit auch von Turbo Kompressoren von Celeroton sind vielfältig und gewinnen in der Entwicklung von Raumfahrtanwendungen zunehmend an Bedeutung.
