Projekt 14988/01

Entwicklung von Systemkomponenten einer neuartigen Kälteanlage für Haushaltskältegeräte

Projektträger

GÜNTHER engineering GmbH
Pöhlbergsiedlung 15
09456 Annaberg-Buchholz

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Entwicklung von Systemkomponenten einer Kälteanlage kleiner Leistung für Haushaltskältegeräte. Ziele sind die deutliche Verringerung des Energieverbrauches, die drastische Senkung des Fertigungsaufwandes und die Verbesserung der Lagerbedingungen für das Kühlgut und eine deutliche Senkung des Geräuschpegels. Schwerpunkt der Arbeiten bildet die Entwicklung eines neuartigen Kompressors und eines auf diesen abgestimmten Fluxomizers. Dieser vereint in sich die Funktion Kältemittelsammler, Ölreservoir, Drosselorgan und innerer Wärmeübertrager.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Schwerpunkte der Arbeiten liegen in der Schaffung von Baugruppen, die eine möglichst verlustarme Realisierung des thermodynamsichen Kreisprozesses der Kaltdampfkälteanlage ermöglichen. Diese sind ein hermetischer Kältemittel-Kompressor, ein Fluxomizer und ein Verdampfer mit Latentwärmespeicher. Der Fluxomizer besteht aus einem inneren Wärmeübertrager mit Kapillarrohr, einem Flüssigkeitsabscheider, einem Kältemittel- und Ölreservoir und einer Injektionskanüle.
Für die genannten Baugruppen werden durch Simulationsrechnungen und Variantenvergleich konstruktive Grundkonzeptionen erarbeitet, die der Zielstellung des Vorhabens entsprechen. Dabei wurde besonderer Wert darauf gelegt, Belastungen zu minimieren. Das hat u.a. für das Triebwerk des Kompressors zu einer vollkommen neuen Gestaltung geführt, die zum Patent angemeldet wurde. Für jede Baugruppe werden Prototypen gebaut und getestet.
Die Baugruppen sind Bestandteil eines Kompaktkältesatzes, der eine eigenständige Einheit darstellt und sich durch ein geringes Bauvolumen auszeichnet.
Durch die Nutzung des Chassis des Kompaktkälteeinsatzes als äußere Kapselung des Kompressors kann das Geräusch auf ein den jeweiligen Marktanforderungen angepasstes Niveau gesenkt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Ausgangspunkt der Arbeiten war eine vollständige Neukonzipierung der wesentlichen Komponenten einer Kälteanlage, wobei dem Kompressor als Technologieträger das Hauptaugenmerk zukam. Der Kompressor zeichnet sich durch eine drastische Vereinfachung des Aufbaus aus, der sich beispielhaft an der Reduzierung auf 14 Bauteile dokumentieren lässt. Einen weiteren Schwerpunkt bildet die einfachere Bauteilgestaltung, die auch zu einer Verringerung des Montageaufwandes führt. Die als SWINGâ Kompressor bezeichnete Verdrängerkonstruktion wurde zum Patent angemeldet. Generell zeichnet sich der geänderte Aufbau des Kompressors durch folgende neue technische Lösungen aus:

· Einsatz eines SWINGâ Kolbens mit minimalen oszillierenden Massen,
· Ersatz der Schleuerschmierung durch eine Sprayschmierung,
· Nutzung des Dichtringes des Kolben als Druckventil,
· Einsatz eins schadraumfreien Saugventils in Kegelform,
· Realisierung des Gleichstromprinzips für das Durchströmen des Zylinders,
· Druckgasatmosphäre in der Kapsel.

Durch den dem Kompressor vorgeschalteten Fluxomizer wird sowohl die Auslegung als auch die Betriebsweise einer Kälteanlage drastisch verändert.
So kann z.B. auf die aufwendige, bisher erforderliche Füllmengenoptimierung verzichtet werden. Durch das in den Fluxomizer integrierte Flüssigkeitsreservoir wird es möglich, die für den sicheren Betrieb der Kälteanlage erforderliche Ölmenge von mehr als 250 cm3 auf 20 cm3 zu reduzieren, wobei zusätzlich 40 cm3 für das Benetzen der Kreislaufteile benötigt werden.
Gleichfalls ermöglicht das Flüssigkeitsreservoir die Ausbildung einer unteradiabaten Verdichtung. Der SWINGâ Kompressor ist für die Realisierung einer unteradiabaten Verdichtung besonders geeignet, da er durch das Ansaugen flüssigen Kältemittels nicht geschädigt wird.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Darstellung der Ergebnisse durch Vorträge im nationalen und internationalen Rahmen (z.B. DKV-, IIR- oder ASHRAE-Tagungen) und Publikationen in Fachzeitschriften im nationalen und internationalen Rahmen.


Fazit

Mit den ausgewiesenen Ergebnissen kommt es zu einer deutlich wirtschaftlicheren Fertigungsmöglichkeit von Kälteanlagen kleiner Leistung. Darüber hinaus werden Verbesserungen der Gebrauchswertparameter erreicht und ökologische Verbesserungen durch eine drastische Reduzierung des Ressourcenverbrauchs ausgewiesen. Auch für die Umwelt problematische Stoffe, wie z.B. Kältemaschinenöl werden in ihrem Verbrauch deutlich reduziert.
Das vorliegende und durch experimentelle Untersuchungen bestätigte Gesamtkonzept muss mit einem Hausgeräteproduzenten umgesetzt werden. Die Ergebnisse können auch auf andere Anwendungsgebiete, z.B. die Chipkühlung übertragen werden.