Ultrahochdrehende Expander für Energierückgewinnung und Prozesskühlung

Celeroton erweitert sein Turbomaschinen-Portfolio. Bisher bietet Celeroton ein breites Portfolio an gasgelagerten Turbo Kompressoren im Leistungsbereich von 100W bis zu mehreren 10 kW an. Die Turbo Kompressoren werden mit einer Vielzahl unterschiedlicher Gase eingesetzt, darunter Argon, Butan, Helium, Luft, Propan und Wasserstoff und verdichten das jeweilige Arbeitsmedium mittels aerodynamischer Prinzipien auf einen gewünschten Enddruck. Durch die Verdichtung wird der Druck und die Temperatur des Prozessmediums erhöht. Sowohl Standard- wie auch kundenspezifische Lösungen sind möglich.

Das ergänzte Portfolio umfasst neben Verdichtungslösungen nun auch Expander-Lösungen. Die Energiewandlung kehrt sich hierbei um. Die im Prozessmedium gespeicherte Energie wird genutzt und mittels aerodynamischer Prinzipien umgewandelt. Mit der Energieentnahme sinkt dabei durch die Entspannung des Prozessmediums die Temperatur. Zur Auslegung werden die von den Turbo Kompressoren etablierten Entwicklungs-Tools und -Prozesse verwendet.

Je nach Anwendung ist entweder die gewonnene Energie oder der Temperaturabfall von primärem Interesse:

• Die Energie kann mechanisch direkt auf der Welle zur Antriebsunterstützung eines Verdichters eingesetzt werden. Dies wird z.B. im Bereich der Brennstoffzellen-Turbomaschinen oder auch bei Air-Cycle-Maschinen
• Alternativ kann dem Prozess die Energie mithilfe eines Generators entnommen werden. Somit ist auch eine räumliche Entkopplung des Verdichters und der Turbine möglich, die sich optional elektrisch verknüpfen lassen oder auch als reine Expander Stand-Alone Lösung mit Netzrückspeisung ausgeführt werden können.
• Abhängig vom jeweiligen Prozess kann die Abkühlung des Prozessmediums bei der Expansion ein wichtiger Nutzwert sein, beispielsweise bei einem Reverse Turbo-Brayton (RTB) Cryocooler oder innerhalb eines Air-Chillers.

Celeroton hört dabei nicht bei der Turbomaschine auf, sondern setzt sich mit der Portfolio-Erweiterung bezüglich Expandern ebenfalls Ziele hinsichtlich der zugehörigen Antriebsumrichter für Stand-Alone Lösungen. Energieeffizienzkriterien sind bei den Expandern essenzielle Faktoren zur Maximierung des Energieertrags. Diese wurden spezifisch weiter optimiert. Hierzu gehören beispielsweise eine grosse Bandbreite an unterstützen Ansteuerungsverfahren, welche eine optimale Kombination von Generator und Umrichter erlauben. Des Weiteren können so Optionen bereitgestellt werden, die Verluste aus dem Generator in Richtung Umrichter verschieben können. Dies ist beispielsweise für Anwendungen im Kaltluft- und kryogenen Bereich relevant, um die entstehenden Verluste örtlich getrennt vom Expander abzuführen.

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