OptRefControl - Selbsteinstellendes Expansionsventil & Regelungskonzept für den optimalen Betrieb von Haushaltskühl- und Gefriergeräten

Die Hersteller von Haushaltskühl- und Gefriergeräten (HHKG) sind aufgrund des weltweit hohen Gesamtenergiebedarfs dieses Sektors gefordert noch effizientere Geräte zu entwickeln. Aus Vorprojekten ist bekannt, dass die in HHKG ausschließlich verbaute Kapillardrossel den Kälteprozess nicht in allen Betriebszuständen optimal betreibt. Dadurch sind bei Anpassung dieser Komponente noch Effizienzsteigerungen von bis zu 10% in der Energieverbrauchsmessung möglich. Mit Untersuchungen des bisher unbekannten, alternativen ΔT/m.-Regelungskonzepts, das durch das neue geometrisch selbsteinstellende Expansionsventils (SEEV) umgesetzt wird, soll der Funktionsnachweis eines effizienteren Betriebs gegenüber dem Stand der Technik (Kapillardrossel) gelingen. Auf Komponentenebene erfolgt der Aufbau und die Funktionsuntersuchung des SEEV im Labor. Auf Systemebene wird ein ausgewähltes HHKG mit drei unterschiedlichen Expansionsventilvarianten (Stand der Technik (Kapillardrossel), der optimale Betrieb (mit einstellbaren Mikroexpansionsventil) und das neue SEEV mit ΔT/m.-Regelung) experimentell hinsichtlich des Energieverbrauchs (stationär und transient), der Sensitivität auf die Kältemittel-Füllmenge und des Pull-Down-Verhaltens untersucht. Gleichzeitig werden simulationsbasierte Untersuchungen zu den drei unterschiedlichen Expansionsventilvarianten durchgeführt. Die Simulationen ermöglichen einen detaillierteren Einblick in die physikalischen Vorgänge im Kältekreislauf und ermöglichen so eine bessere Interpretation der Messungen und erhöhen das Verständnis des Verhaltens der drei Expansionsventilvarianten, was vor allem im transienten, geregelten Fall wichtig ist. Die simulationsbasierte Untersuchung erfordert die Modellierung von weiteren Komponenten (Rahmenheizung, geometrisch selbsteinstellendes Expansionsventil, interner Wärmetauscher, einstellbares Mikroexpansionsventil) für das bestehende 1D-Kältekreislaufmodell-Simulationsmodell. Außerdem ist eine Parametrierung auf das ausgewählte Gerät notwendig. Bei erfolgreichem Projektabschluss ist die Bestimmung und Analyse des optimalen Betriebs erfolgt und bildet die Grundlage für die Untersuchung weiterer Expansionsventile und deren Regelung. Weiters kann durch die neuen Modelle auch der transiente, mithilfe eines einstellbaren Expansionsventils geregelte bzw. gesteuerte Kältekreislauf simulationsbasiert analysiert werden und in der Entwicklung von HHKG einen wertvollen Beitrag leisten. Mithilfe aller ermittelten Daten wird die Untersuchung, Bewertung und der Funktionsnachweis für das neue SEEV mit ΔT/m.-Regelung durchgeführt