Projekt 19634/01

Kompaktkältesatz für Haushaltskühlgeräte mit einem neuartigen Isobutan-Hermetikkompressor

Projektträger

LG ThermoTechnologies GmbH
Adam-Ries-Str. 16
09456 Annaberg-Buchholz

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Anlass ist die Situation am Hausgerätemarkt, dass durch Fehlen echter Innovationen die Technik stagniert. Folge ist, dass Hersteller enorm unter Preis- und Kostendruck geraten, die Fertigung dieser Geräte zunehmend in Länder mit niedrigem Kostenniveau verlagert werden, was auch nur zu einer temporären Lösung des Problems führt.
Ziel ist die Realisierung neuer Gebrauchswerteigenschaften für Haushaltgeräte mit einem am Markt etablierten Produzenten, wie:
- Halbierung des Energieverbrauchs -> Schnelles Abkühlen frisch eingelagerter Lebensmittel
- Reduzierung des Geräuschverhaltens -> Gewährleistung der Regelbarkeit für alle Umgebungstemperatur
- Geringe Entfeuchtung des Kühlgutes -> die oberhalb der Lagerfachtemperaturen liegen.
- Verlängerung der Lagerdauer -> Senkung des Fertigungsaufwandes durch Modulbauweise


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden- Definition des Haushaltkühlgerätes
- Thermodynamische Auslegung des Kompaktkältesatzes und seiner Systemkomponenten
- Geometrisches Grundkonzept für die Kompaktkälteanlage und deren Systemkomponenten
- Konstruktionskonzept des Isobutan-Hermetikkompressors
- Konstruktionskonzept des Hochleistungsverflüssigens
- Konstruktionskonzept des Verdampfers mit Latentwärmespeicher
- Bau von seriennahen Prototypen des Isobutan-Hermetikkompressors, Hochleistungsverflüssigers, Verdampfers mit Latentwärmespeicher
- Durchführung von Funktions-, Leistungs- und Lebensdauertests einschl. Optimierung der Systemkomponenten
- Bau, Funktions-, Leistungs- und Lebensdauertest einschl. Optimierung des Kompaktkältesatzes
- Konstruktion und Bau von Prototypen des Haushaltkühlgerätes
- Einbau des Kompaktkältesatzes in das Haushaltkühlgerät
- Durchführung von Funktions-, Leitungs- und Lebensdauertests der Haushaltkühlgeräte
- Erarbeitung einer Schutzrechtskonzeption für das Gesamtprojekt
- Abschlußbericht und Dokumentation
- Präsentation der Haushaltkühlgeräte gemeinsam mit dem Haushaltgeräteproduzenten auf der internationalen Hausgerätemesse DOMOTECHNICA in Köln 2003.


Ergebnisse und Diskussion

Der Kompaktkältesatz vereint alle kältetechnischen Komponenten in einer Baugruppe. Abgestimmt auf den Kältesatz wurde aufbauend auf vorhergehendes Projekt ein neuartiger hermetischer Kolbenverdichter, der SWINGÒ-Verdichter, weiterentwickelt. Dazu wurden zahlreiche Untersuchungen zu dessen Leistungsverhalten und zur Lebensdauer durchgeführt. Neben einer deutlichen Verbesserung des Liefergrades um mehr als 2/3 und der Effizienz des Verdichters um mehr als 1/3 wurden Materialpaarungen für Kolben und Zylinder gefunden, durch die der Verschleiß drastisch gesenkt werden konnte.
Parallel erfolgten umfangreiche theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Gestaltung des Kompaktkältesatzes. Dabei wurden u.a. der Einsatz eines Latentwärmespeichers und verschiedene Varianten der Verdampfergestaltung betrachtet. Es wurden das Betriebsverhalten und der Energieverbrauch experimentell untersucht.
Mit dem Kompaktkältesatz konnte die Energieaufnahme des Gerätes mit einem Verdichter vom Typ 1 um 29 % (bezogen auf das bei gleichem Brutto-Volumen um 9 % vergrößerte Nutzvolumen um 34 %) reduziert werden. Mit dem verbesserten Typ 2 lässt sich die Energieaufnahme um 46 % (bzw. 51 % bezogen auf das Nutzvolumen) reduzieren. Die zum Einsatz gelangten Motoren erfüllten mit Wirkungsgra-den zwischen 30 und 55 % die Spezifikation nicht. Mit Motoren mit den eigentlich spezifizierten Wirkungsgraden >75 % ließe sich der Energieverbrauch des Gerätes um 58 % (bzw. nutzvolumenbezogen um 62 %) verringern. Bei einem Marktanteil dieser Geräte von 15 % und gleichem Anteil am Energieverbrauch ließen sich der Stromverbrauch in Deutschland jährlich um 2.800 MWh und die Emission als klimarelevant eingestufter Gase um jährlich 1.925 t reduzieren.
Weiterhin reduziert sich mit dem entwickelten Kältesatz die Entfeuchtungsleistung, um ¼ gegenüber dem Originalgerät und um 1/3 gegenüber den meistverbreiteten Geräten mit appliziertem Verdampfer. Dadurch wird die Lagerfähigkeit vieler Lebensmittel (Obst, Gemüse) verlängert.
Durch die Reduzierung der Ölmenge auf ca. 1/3 kann mit dem SWINGÒ-Verdichter die Verwendung eines ökologisch problematischen Stoffes deutlich eingeschränkt werden.
Der entwickelte Kältesatz hat auch das Potential zu einer deutlichen Kostenreduktion, erwartet wird eine Kostenhalbierung.
Auf dem Weg zu einem Serienprodukt sind folgende Arbeiten erforderlich: Im Vordergrund steht die Weiterentwicklung des Verdichters vom Typ 2. Hier müssen zum einen die Materialverträglichkeit der Motormagnete und die Lebensdauer des gesamten Verdichters von 80.000 h nachgewiesen werden. Weiterhin müssen Motoren, die im entsprechenden Leistungsbereich einen Wirkungsgrad >75 % besitzen, gefunden werden. Danach wird mit einem geeigneten Partner der Kältesatz zur Serienreife entwickelt.
Die experimentellen Arbeiten erfolgten in Kooperation mit der TU Dresden, Lehrstuhl für Kälte- und Kryotechnik, Materialuntersuchungen mit dem Institut für Luft -und Kältetechnik gGmbH in Dresden. Weiterhin bestand eine Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Entwicklung, Beratung und Ausbildung in der Schweißtechnik Chemnitz (ZEBRAS e.V.).


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine Veröffentlichung der Ergebnisse ist für die dkv-Tagung 2005 geplant.


Fazit

Die Richtigkeit des Konzepts der abgestimmten Entwicklung der Komponenten des Kältekreislaufs und der Zusammenführung in einer Baugruppe (Kompaktkältesatz) hat sich bestätigt. Es ermöglicht eine deutliche Reduzierung des Energieverbrauchs von Haushaltkühlgeräten und birgt ein erhebliches Poten-tial zur Senkung der Fertigungskosten und damit zur Erhaltung von Arbeitsplätzen in dieser Branche in Deutschland und Europa.

Übersicht

Fördersumme

459.140,11 €

Förderzeitraum

05.12.2001 - 05.06.2003

Bundesland

Sachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik