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Mikrofluidisches Expansionsventil

PTJ (03ET1207A)

Dipl.-Ing. Sandra Tippmann

+49-351-4081-614

Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V., Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH

zur Erhöhung der Energieeffizienz von Klein- und Kompaktkältegeräten

Seit der Entwicklung der ersten Haushaltskühl- und Gefriergeräte in den 1920er Jahren erfolgt die Entspannung des Kältemittels über ein dünnes, meterlanges Kapillarrohr als Drossel (Drosselkapillare). Regelbare Ventile anstelle des Kapillarrohrs, die eine genaue Einstellung der Kälteleistung ermöglichen, sogenannte Expansionsventile, sind aufgrund der technischen Herausforderung bei kleinen Kälteleistungen bisher ausschließlich größeren Kälteanlagen vorbehalten.

Ziel des Verbundprojekts war es deshalb die Entwicklung und Erprobung eines regelbaren, energieeffizienten und kostengünstigen Mikroexpansionsventils auf Basis mikrosystem-technischer Technologien für den Einsatz in kleinen Kältemaschinen mit 30 bis 200 Watt Kälteleistung. Hierdurch sollten insbesondere

  • der Energieverbrauch von Kühl-Gefriergeräten gesenkt,
  • die zur Geräteherstellung notwendigen Ressourcen reduziert,
  • der Gerätekomfort für den Kunden erhöht und
  • Kostenvorteile erzielt werden.

Um diese Ziele zu erreichen, wurden bei der Umsetzung des Mikroexpansionsventils gezielt mikrofluidische Wirkprinzipien und -technologien sowie mikrosystemtechnische Aufbau- und Verbindungstechnologien eingesetzt. Dies bedingte ebenfalls die Auswahl geeigneter Materialien einschließlich des Nachweises der Stabilität und Beständigkeit gegenüber Kältemittel-Öl-Systemen. Weiterhin wurde ein Regelungskonzept abgeleitet und auf das Mikroexpansionsventil angepasst.

Im Rahmen dieses Verbundprojekts wurde das erste, speziell auf die kleinen Kälteleistungen der Haushaltskühl- und Gefriergeräte (ca. 30-200 W) angepasste, elektronische Mikroexpansions-ventil entwickelt. Die Integration von Funktionsmustern in konventionellen Haushaltskühl- und Gefriergeräten haben gezeigt, dass Energieeinsparungen von ca. 4 % gegenüber einer Drosselkapillare erreichbar sind. Auf die in Deutschland vorhandenen 72 Mio. Haushaltskühl- und Gefriergeräte hochgerechnet, entspricht dies einem geschätzten Stromeinsparpotential von 400.000 MWh pro Jahr bzw. dem Jahresstromverbrauch von 250.000 Menschen.


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