Einrichtungen des Instituts für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik 

Für die studentische, praktisch orientierte Ausblidung und für Forschungsprojekte stehen folgende Anlagen zur Verfügung:

Kleinkälteanlage mit gläsernen Wärmeübertragern

Zu beobachten ist hier:

  • verdampfendes und kondensierendes Kältemittel
  • Temperatur und Druck in wesentlichen Komponenten
  • Kondensation der Luftfeuchtigkeit am Verdampfer
  • Einfluss der Lufströmung auf Verdamper- und Verflüssigerdruck

 

Sponsor: Solvay

Leistungsregelung am kältetechnischen Labormodell

Das Labormodell besteht aus einem einfachen Kältemittelkreislauf, der über vier verschiedene Möglichkeiten verfügt, die Kälteleistung zu regeln.

In der Praxis werden alle vier dieser Möglichkeiten genutzt, jedoch sind sie hinsichtlich ihrer Anschaffungs- und Betriebskosten, ihrer energetischen Effizienz und ihrer Betriebssicherheit sehr unterschiedlich.

Anhand der während des Laborversuches gewonnenen Daten ist es möglich, die einzelnen Verfahren zur Leistungsregelung hinsichtlich der oben genannten Kriterien zu bewerten. Die Kälteanlage verfügt über folgende Regelungsmöglichkeiten:

  • Frequenzumrichter zur stufenlosen Regelung der Verdichterdrehzahl
  • Drosselventil in der Saugleitung zur Regulierung des Verdampfungsdruckes
  • Heißgasbypassventil zur Regulierung des Kältemittelvolumenstroms zurück zum Sauganschluss des Verdichters
  • Thermostatisches Verdampferbypassventil zur automatischen Regulierung der Überhitzung des Heißgases am Verdichteraustritt

Kaskaden-Tiefkühlkälteanlage

- mit natürlichen Kältemitteln (R-290/R-170) für Temperaturen bis ca. -80°C -

Um wirtschaftlich Temperaturen im Bereich zwischen -60°C und -120°C erzeugen zu können, werden häufig Kaskadenkälteanlagen eingesetzt. Die Laborübung soll Aufbau und Funktionsprinzip einer Kaskadenkälteanlage verdeutlichen. Hierzu werden vier Betriebspunkte angefahren und die zugehörigen Messwerte aufgezeichnet. Der Schwerpunkt der Auswertung liegt auf dem Verlauf der Kälteleistung in Abhängigkeit von der Verdampfungstemperatur der zweiten Stufe. Eine Besonderheit der bestehenden Anlage liegt in der Verwendung von Kohlenwasserstoffen (Propan und Ethan) als Kältemittel.

Die Steuerung und Messwerterfassung erfolgt über einen Laborrechner. Mit der verwendeten Software können außerdem beide Kreisläufe im p, h-Diagramm sowie die Temperatur- und Druckverläufe grafisch dargestellt werden.

Kälteanlage mit verschiedenen Expansionsorganen

Das Expansionsorgan ist für die Qualität einer Kälteanlage mit von entscheidender Bedeutung. In dieser Laborübung sollen Charakteristik, Vor- und Nachteile und die daraus resultierenden Einsatzgebiete von ver­schiedenen Expansionsorganen am Modell erarbeitet werden. Für diese Laborübung steht eine einstufige Verdichterkälteanlage zur Verfügung, an der das Kältemittel wahlweise mit einem

  • thermostatischen Expansionsventil mit äußerem Druckausgleich
  • thermostatischen Expansionsventil ohne äußeren Druckausgleich,
  • automatischen Expansionsventil mit Druckregelung
  • Kapillarrohr

entspannt werden kann.

Die Temperaturmeßwerte und der Druck am Verdampfer-Austritt werden mit einem Meßkoffer erfaßt und für die graphische Darstellung am PC aufbereitet. Dadurch kann das Regelverhalten der verschiedenen Ex­pansionsorgane in Abhängigkeit der Zeit optisch dargestellt werden.

Aufbau und Inbetriebsnahme einer einstufigen Kälteanlage

Ziel dieses Versuches ist, dass die Teilnehmer der Laborübung

  • eine einfache Kälteanlage aufbauen
  • auf Dichtheit überprüfen
  • geeignete Temperaturmessstellen auswählen und ausrüsten
  • die Anlage evakuieren und mit Kältemittel befüllen
  • die Anlage in Betrieb nehmen und einige geeignete Messpunkte aufnehmen

Die Laborübung soll selbstständig, unter Zuhilfenahme von Fachbüchern, Vorlesungsskripten und der Versuchsbeschreibung durchgeführt werden.

Philips-Kaltgaskältemaschine

Nach der Kaltdampf-Kompressionskältemaschine und der Absorptionskälteanlage steht die Gas-Kältemaschine bezüglich der praktischen Bedeutung bzw. Einsatzhäufigkeit an dritter Stelle. Allerdings wird diese Kältemaschine speziell im Temperaturbereich zwischen -80°C bis -200°C eingesetzt.

Neben der Bezeichnung KALTGASKÄLTEMASCHINE hat sich die Bezeichnung PHILIPS-GASKÄLTEMASCHINE eingebürgert, da diese Kältemaschine von den Mitarbeitern der Firma PHILIPS entwickelt worden ist. Sie stellt die Umkehr des STIRLING-Heißluftprozesses dar und arbeitet mit relativ hohem Wirkungsgrad (der Carnotsche Wirkungsgrad ist theoretisch erreichbar).

Weitere Besonderheiten sind: keine Verflüssigung oder Verdampfung des Kältemittels (daher auch die Bezeichnung "Gaskältemaschine") und keine Arbeitsventile.

Eine besondere Bedeutung für die Funktion kommt dem Regenerator zu. Die Anlage im Labor dient Demonstrationszwecken und zur Erzeugung flüssiger Luft.

Ziel der Laborübung: Kennenlernen dieser Kältemaschine, die zur Erzeugung flüssiger Luft bei etwa -195°C dient.

Solarbetriebener, gläserner Haushaltskühlschrank

Photovoltaisch erzeugte Leistung dient dem Antrieb eines Verdichters.

Modell zur Bestimmung des Liefergrads

Verdichter (wie z. B. Gas-Verdichter, Luft-Verdichter, Kältemittel-Verdichter) fördern Volumenströme bei verschiedenen Druckverhältnissen. Steigt der Gegendruck bzw. der Verdichtungsenddruck an, nimmt die Förderleistung eines Verdichters ab. Dies ist einer der Hauptgründe, warum man ab einem bestimmten Druckverhältnis von einstufiger zu zwei- oder mehrstufiger Verdichtung übergeht.

Das Verhältnis von tatsächlich gefördertem Volumenstrom zu theoretisch möglichem Volumenstrom heißt Liefergrad, englisch: „Volumetric efficiency" . Es liegt bei ausgeführten Anlagen im Bereich von 0,6 …. 0,9.

In dieser Laborübung soll bei verschiedenen Saug- und Gegendrücken der Liefergrad ermittelt werden.

Thermoelektische Kühlung mit Peltierelementen

Peltier-Elemente werden bei folgenden Anforderungen zur Kühlung eingesetzt:

  • punktgenaues Kühlen
  • gute Regelbarkeit
  • Vibrationsfreiheit und / oder geräuscharmer Betrieb
  • einfaches Umschalten zwischen Kühlen und Heizen
  • enge oder verwinkelte Einbauverhältnisse

Zur Versuchsdurchführung stehen zwei Anlagen zur Verfügung. An ihnen soll jeweils die Kälteleistungszahl der Peltier-Kühlung ermittelt werden.

Bierkühlanlage

Die Kühlung von Lebensmitteln ist der größte Anwendungsbereich der Kältetechnik.

Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde dieses Versuchsmodell entworfen und gebaut.

Bisherige Versuche erwiesen die ausgezeichnete Funktion und Betriebsicherheit.

Demonstrations-Klimaanlage

Die in der Vorlesung gewonnen Erkenntnisse zur Luftbehandlung können an dieser Anlage nachvollzogen werden:

  • Filtern
  • Erhitzen
  • Kühlen
  • Entfeuchten
  • Befeuchten
  • Wärmerückgewinnung.

Kälteanlage zur Fehlersuche

In diesem Versuch sollen die Studierenden die Grundlagen des Kompressionskältemittelkreislaufs praktisch kennen lernen.

Durch systematische Manipulation des Kältemittelkreislaufs wird sich das im „Normalbetrieb“ vorhandene Erscheinungsbild der Anlage verändern. Die Studierenden sollen die genaue Ursache für die Zustandsänderung herausfinden.

Für eine systematische Vorgehensweise zur Fehlersuche ist es erforderlich, den Kältemittelkreislauf der Anlage zunächst mit allen Sinnen und dann durch Messungen zu erkunden. Zusammen mit dem theoretischen Wissen über die Wechselbeziehung der Komponenten ermöglichen diese Beobachtungen Rückschlüsse auf die Ursache des Fehlers.

Versuchskammern

  • Tiefkühlraum für Temperaturen bis -50°C, Prüfraum mit Temperaturen von +15°C bis +45°C und relativen Luftfeuchtigkeiten von 30 bis 80%
  • Tropenraum für Wechselklima bei Temperaturen von +15°C bis +60°C und relativen Luftfeuchtigkeiten von 30 bis 90%
  • Niederdruck-Versuchsklimaanlage, die klimatechnische Messungen in den darüber im Erdgeschoss befindlichen Räumen gestattet

Dank dieser guten Ausstattung können Studenten einerseits Laborversuche und Projektarbeiten durchführen als auch Diplomarbeiten anfertigen, andererseits besteht die Möglichkeit praxisnahe Forschungsarbeiten und Industrieaufträge zu bearbeiten.

Kontakt

IKKU-HsKA-Logo

Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Kauffeld

Moltkestr. 30, 76133 Karlsruhe
Tel. +49(0)721 925-1843
Fax. +49(0)721 925-1915
E-Mail sekretariat.ikku.mmtspam prevention@hs-karlsruhe.de

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