Einen Versuch war es wert: Optimiert unser Vortex Tube den Kühlkreislauf?

Ein Maschinenbau-Student der Fachhochschule Technikum Wien wollte im Rahmen seiner Masterarbeit untersuchen, ob man ein Wirbelrohr (Vortex Tube) sinnvoll in einen Kühlkreislauf integrieren kann. Das Ziel war es, die Effizienz zu steigern – also die sogenannte Leistungszahl (COP) zu verbessern. Dazu sollte die kalte und warme Luft, die das Wirbelrohr erzeugt, gezielt auf den Verdampfer und Verflüssiger des Kühlsystems gelenkt werden.

Verglichen wurden vier Untersuchungsszenarien:

  1. Standard-Kühlschrank ohne Vortex Tube (Referenzwert)
  2. Warmluft auf den Verdampfer
  3. Kaltluft auf den Verflüssiger
  4. Beide Luftströme kombiniert

In der Theorie ergaben sich deutliche Verbesserungen:

COP stieg von 4,00 (Standard) auf bis zu 7,44 (+86 %) bei der Kombination beider Luftströme.

Experimenteller Aufbau:

  • Ein handelsüblicher Kühlschrank wurde umgebaut und die Isolierung durch eine Hitzeschutzmatte ersetzt.
  • Pneumatikschläuche leiteten die Luftströme aus dem Wirbelrohr gezielt zu Verdampfer und Verflüssiger.
  • Die Kühlleistung wurde daran gemessen, wie schnell sich Wasser im Kühlschrank abkühlt.

Experimentelle Ergebnisse:

COP stieg von 1,62 (Standard) auf maximal 2,01 (+24,2 %) – also weniger stark als in der Theorie, aber dennoch spürbar.

(durch Klick auf das Bild gelangen Sie zur vollständigen Abschlussarbeit, die wir an dieser Stelle veröffentlichen dürfen)

Fazit & Ausblick:
Die Ergebnisse zeigen, dass Vortex Tubes prinzipiell geeignet sind, um die Effizienz von Kühlsystemen zu verbessern. Es sei jedoch angeraten, die Geometrie des Wirbelrohres weiter zu optimieren und die Druckluftversorgung effizienter zu gestalten, um das volle Potenzial auszuschöpfen.

Vortex Tube schnell erklärt: So funktioniert ein Wirbelrohr

Vortex Tubes sind kleine, rein pneumatische Geräte, die aus komprimierter Luft zwei Luftströme mit sehr unterschiedlichen Temperaturen erzeugen: einen heißen und einen kalten. Die Energie (Wärme) wird also innerhalb des Luftstroms umverteilt. Dies geschieht ohne zusätzlichen Strom, denn die benötigte Energie liefert die Druckluft selbst.

Regelbarer, punktueller Kühler Adjustable Spot Cooler Funktion

Druckluft-Einlass: Komprimierte Luft wird in eine kleine zylindrische Kammer eingespeist, wodurch ein starker Wirbel (Vortex) entsteht.

Rotation & Zentrifugalkraft: Die Luft dreht sich mit sehr hoher Geschwindigkeit. Dabei wird die äußere Luftschicht nach außen gedrückt und stark erhitzt.

Trennung in zwei Ströme: Der heiße Luftstrom wird an einem Ende durch ein Ventil (Heißluftauslass) abgeführt. Der kalte Luftstrom wird aus dem Zentrum des Wirbels entnommen und tritt am anderen Ende aus.

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