Untersuchung zur energieeffizienten Gestaltung eines zweistufigen CO2 Ejektorkreislaufes für kommerzielle Kühlung in tropischen Gebieten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Ejektor ist ein vielversprechendes Bauteil zur Steigerung der Effizienz von Kälteskreisläufen. Im Rahmen dieses Projektes wurden zwei grundlegende Untersuchungen des Ejektors durchgeführt. Als erstes wurde ein CFD Modell zur Berechnung der zweiphasigen Ejektorströmung entwickelt und mit Messdaten validiert. Des Weiteren wurde ein zweistufiger Ejektorkreislauf für kommerzielle Kälteanwendungen entwickelt und die Energieeffizienz des Systems messtechnisch untersucht. Das CFD Modell zur Berechnung eines zweiphasigen CO2 Ejektors wurde in der Opensource CFD-Software OpenFOAM implementiert. Für die Validierung des numerischen Modelles wurden umfangreiche messtechnische Untersuchungen durchgeführt. Dabei werden die messtechnischen Daten des Treibmassenstromes, des Druckrückgewinnes und des Druckverlaufes im Ejektor verwendet. Das Modell gibt die experimentell bestimmten Treibmassenströme mit einer Abweichung von 10% wieder. Der Druckrückgewinn eines Ejektors ohne Saugmassenstrom wird ebenfalls mit einer Abweichung von unter 10% berechnet. Diese Abweichung steigt auf 20% für einen Ejektor an, der einen Massenstrom ansaugt. Der Vergleich des Druckverlaufes im Ejektor zeigt, dass dieser ebenfalls mit einer akzeptablen Toleranz wiedergegeben wird. Ein weiterer Schwerpunkt des Projektes war die Entwicklung und experimentelle Untersuchung eines Ejektorkreislaufes, in dem kontinuierlich auf zwei unabhängig voneinander einstellbaren Temperaturniveaus Kälteleistung bereitgestellt werden kann. Hierzu wurde zunächst ein numerischer Vergleich verschiedener Ejektorkreisläufe durchgeführt und eine energieeffiziente Kreislaufverschaltung gefunden. Ein Prüfstand mit dieser Kreislaufverschaltung wurde dann am IfT gebaut. Hochdruckvariationen der Leistungszahl für verschiedene Umgebungstemperaturen, Ejektoren und Leistungsverteilungen auf die beiden Verdampfer wurden durchgeführt und der optimale Hochdruck bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die gemessenen Leistungszahlen mit den beiden untersuchten Ejektoren sich nur geringfügig unterscheiden, obwohl sich die Ejektoreffizienz der beiden Ejektoren deutlich unterscheidet. Der Vergleich der gemessenen COP mit den experimentellen Ergebnissen anderer Arbeiten, in denen effizienzoptimierte CO2 Kältekreisläufe für kommerzielle Kühlungsanwendungen untersucht werden, zeigt, dass der präsentierte Ejektorkreislauf hohe Leistungszahlen hat.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2013. Experimental investigation of the performance curve of a CO2 ejector on the expansion side of a vapor compression refrigeration system. In 2nd IIR International Conference on Sustainability and the Cold Chain, Paris, France
C. Lucas, A. Schroeder, J. Koehler, W. Tegethoff
- 2013. Numerical and experimental investigation of a two-phase CO2 ejector. In: 8th International OpenFOAM Workshop, Jeju, Korea
C. Lucas, J. Koehler, A. Schroeder, H. Rusche
- 2013. Numerische und experimentelle Untersuchung eines CO2 Ejektors. In DKV Tagung, Hannover, AA II.2
C. Lucas, A. Schröder, H. Rusche, J. Köhler
- 2014. Numerical investigation of a two-phase CO2 ejector, International Journal of Refrigeration
C. Lucas, A. Schröder, H. Rusche, J. Köhler
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2014.03.003)
