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Reduzierung der Expansionsverluste von Kälteanlagen

BMWi Euronorm Innokom Ost (Vorlaufforschung)

02/2017-06/2019

Karl Steinjan

+49-351-4081-+49-351-4081-690

in Bearbeitung

Untersuchung von Expansionsmachinen

Zielstellung

 

In den letzten Jahren wurden die Verluste durch Wärmeübertrager und Verdichter in Kompressionskälteanlagen kontinuierlich reduziert. Das notwendige Expansionsorgan erzeugt je nach Auslegungsparametern, Prozess und Kältemittel immer noch erhebliche Verluste. Zur Reduzierung dieser Verluste werden verschiedene Konzepte grundlegend untersucht. Umfangreiche Simulationen und Vermessungen eines Versuchsmusters sollen die Grundlagen zur Entwicklung einer verlustarmen Expansionsmaschine schaffen.

Lösungsweg

Im ersten Projektabschnitt erfolgen theoretische Voruntersuchen und die Auslegung eines ersten Versuchsmusters.

Dazu werden verschiedene Expansionsmaschinentypen detailliert recherchiert und analysiert werden. Die Nutzung der gewonnenen mechanischen Energie ist für die Gesamteffizienz der Expansionsmaschine sehr wichtig. Dabei gilt es die gewonnene Energie möglichst einfach wieder in den Prozess einzubinden. Dafür sollen verschiedene Konzepte erarbeitet und anschließend miteinander verglichen werden. Das Expansionsorgan ist in den meisten Kältekreisen auch das Stellglied der Überhitzungsregelung des Verdampfers. Deshalb sollen auch Konzepte und Möglichkeiten zur Regelung der Expansionsmaschinen untersucht werden.

Im Anschluss an die theoretischen Untersuchungen soll auf Basis dieser Ergebnisse und Konzepte ein Versuchsmuster einer möglichst simpel aufgebaut Expansionsmaschine konstruiert werden. Das Versuchsmuster soll mit Zugängen für die Messtechnik, insbesondere die optische Strömungsmesstechnik versehen werden.

Im zweiten Projektabschnitt soll das erste Versuchsmuster auf einem Prüfstand des ILKs detailiert untersucht werden.

Das entwickelte Versuchsmuster wird dazu in den Werkstätten des ILKs gefertigt und anschließend in einen modifizierten Prüfstand integiert. Es sollen verschiede Lastpunkte angefahren werden und das Verhalten des Versuchsmusters detailiert aufgenommen werden. Im Anschluss werden die gemessen Daten mit der theoretischen Auslegung verglichen.

Paralell dazu soll untersucht werden, inweit sich die Zwei-Phasenströmung in der Expansionsmaschine mittels CFD-Simulieren lässt. Dabei liegt der Fokus auf der grundsätzlichen Machbarkeit der Simulation und nicht auf der Optimierung der Konstruktion mittels CFD.

Im dritten Projektabschnitt soll ein zweites verbessertes Versuchsmuster erstellt und vermessen werden.

Auf Basis der Erkenntnisse aus den ersten Messungen soll ein verbessertes Versuchsmuster konstruiert werden. Dieses zweite Versuchsmuster soll anschließend gefertig und vermessen werden. Abschließend werden die Ergebnisse und Erkenntnisse zusammengefasst und publiziert.

 



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