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Umweltfreundliche Industrietechnik dank neuer Möglichkeit, Druck auszuüben

Druckluft versorgt pneumatische Geräte, Werkzeuge und Maschinen mit Energie. Luftkompressoren sind auch integraler Bestandteil von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen. Ein neues Design für diese weitläufig genutzten, extrem ineffizienten Energieverbraucher soll die Nachhaltigkeit globaler industrieller Prozesse deutlich verbessern.

Industrielle Technologien
Energie

Wird ein Gas auf ein kleineres Volumen komprimiert, kommt es zu einer Druckerhöhung. In der Fertigungsindustrie in Europa und den Vereinigten Staaten sind Druckluftanlagen für rund 10 % des industriellen Stromverbrauchs verantwortlich. Viele Systeme haben außerdem nur einen geringen energetischen Wirkungsgrad. Das EU-finanzierte Projekt CRC möchte dieses zentrale Problem lösen und einen Beitrag zu den europäischen Zielen für nachhaltige Entwicklung leisten. Und genau das wurde den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern durch die Nutzung der wegweisenden patentierten CR-Technologie bzw. zentrischen Kolbentechnologie möglich.

Ein neuer Ansatz für eine alte Konstruktion führt zu zahlreichen Vorteilen

Wie auch der gängige Kompressor mit Verdrängerkolben ist der CR-Kompressor eine Verdrängermaschine. Nach Aussage des Projektkoordinators Tor Arne Hauge vom koordinierenden Unternehmen OTECHOS AS, hat allerdings „die Prozesseinheit des CR-Kompressors zwei koaxial rotierende konzentrische Rotoren mit jeweils zwei Schaufeln anstelle des Kolbens.“ Zwischen den benachbarten Schaufeln werden vier Kammern gebildet. Jede Kammer dehnt sich pro Umdrehung zweimal aus und zieht sich zweimal wieder zusammen (analog zur Hin- und Herbewegung). Somit ergeben sich acht Bewegungen pro Umdrehung, was acht Kolbenzylindern entspricht. Er fügt hinzu: „Elliptische Zahnräder ermöglichen eine einzigartige variable Winkelgeschwindigkeit der Rotoren, die sich in der gleichen Richtung und um 90 Grad phasenverschoben drehen. Durch die ventillosen Ein- und Auslässe und ein paar wenige bewegliche Teile entsteht ein ölfreier Verdichtungsprozess.“ Dank seiner einzigartigen und innovativen Konstruktion hat der CR-Kompressor im Vergleich zu herkömmlichen Schrauben- und Kolbenmaschinen einen 15 bis 20 % geringeren Energieverbrauch. Hauge und sein Team waren angenehm überrascht, dass der Kompressor noch weitere wichtige Vorteile hat. Sie stellten fest, dass er ebenso gut bei Nassgas funktioniert, was bei anderen Verdrängungsverdichtern manchmal ein Problem darstellt.

Patentierte flexible Technologie für zahlreiche Anwendungsbereiche

Hauge und sein Team sind aktuell auf der Suche nach Partnern, die den CR-Kompressor auf dem Markt für industrielle Prozessanlagen einführen können. Parallel dazu entwickeln sie einen spezialisierten CR-Kompressor für hochwertige Lösungen. Die CR-Technologie hat auch drei weitere Anwendungen hervorgebracht: einen innovativen Verbrennungsmotor, den CRE, einen CR-Regenerator (CRR) und eine CR-Pumpe (CRP). Der CRE bietet die gleichen Vorteile wie der CR-Kompressor und verbraucht rund 20 % weniger Brennstoff als ein moderner Fahrzeugmotor. Hauge weiter: „Der CR-Regenerator ist eine Expansionsmaschine für hohe Temperaturen (von über 400 °C), die hauptsächlich für die Stromerzeugung aus Wärmerückgewinnung, geothermischer Energieerzeugung, Bioenergie und erneuerbaren Energien benötigt werden. Darüber hinaus handelt es sich bei der CR-Pumpe um eine Verdrängerpumpe, die für die Mehrphasenströmung geeignet ist. Vorteilhaft sind hier unter anderem die hohe Durchflussrate und der Druck, der im Verhältnis zur Größe erzielt werden kann.“

Ganzheitliche Produktlinie fördert die Nachhaltigkeit

Die patentierte CR-Technologie bildet nun die Grundlage für vier wichtige Industriemaschinen: einen Kompressor, einen Motor, eine Pumpe und einen Regenerator. Die Konstruktion mit wenigen beweglichen Teilen, die eine minimale bis gar keine Schmierung erfordern, ermöglicht im Vergleich zu vorhandenen Lösungen eine potenzielle Steigerung der Energieeffizienz von rund 30 %. Das sind sogar noch mehr als das EU-Ziel von 20 %, welches für 2020 vorgegeben ist. Allein der globale Markt für Luftkompressoren soll bis 2023 auf 27 Mrd. USD anwachsen. Somit hat CRC den Weg bereitet, dass OTECHOS im Bereich umweltfreundlicher Industrielösungen eine weltweite Führungsposition einnehmen kann.

Schlüsselbegriffe

CRC, Energie, Luft, industriell, Verdrängung, Kompressor, Kolben, Pumpe, Druck, CRE, Motor, Rotor, Patent, zentrische Kolbentechnologie (CR), CR-Regenerator (CRR)

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