Analyse des unterstützenden Einsatzes einer Adsorptionskälteanlage für die PKW-Klimatisierung

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Potenzial zur Verringerung des PKW-Kraftstoffverbrauchs durch Einsatz eines abwärmebetriebenen Kälteprozesses für die Fahrzeugklimatisierung zu bewerten. Da sowohl das verfügbare Abwärmeangebot des Verbrennungsmotors als auch die erzielbaren Leistungsdichten sorptiver Kälteprozesse einen vollständigen Ersatz des Kompressionskälteprozesses verhindern, wird zunächst ein geeignetes Anlagenkonzept für den unterstützenden Betrieb durch eine Sorptionskälteanlage entworfen. Hierbei fällt die Wahl auf eine luftseitige serielle Anordnung einer Kompressionskälteanlage und einer abgasbetriebenen Zwei-Kammer-Adsorptionskälteanlage der Stoffpaarung Zeolith-Wasser. Um das Betriebsverhalten einer Adsorptionskälteanlage für den angedachten Verwendungszweck zu charakterisieren, werden zwei Adsorbersysteme experimentell vermessen, in welche das gewählte Sorptionsmittel in Form einer Schüttung bzw. in Form einer Beschichtung integriert wurde. Für die Bewertung des Betriebsverhaltens des Klimatisierungssystems innerhalb des Fahrzeugs wird eine Simulationsumgebung erstellt, welche neben beiden Kälteprozessen das fahrzyklusabhängige Abwärmeprofil des Abgasstranges sowie den Kraftstoffverbrauch ermittelt. Im Vergleich zu der Zeolith-Schüttung, erreicht das beschichtete Adsorbersystem trotz geringfügig niedrigerer Wärmeverhältnisse und geringerer integrierter Zeolithmenge einen höheren Anteil an der Kältebereitstellung. Grund hierfür ist die höhere Verfügbarkeit des Systems infolge der deutlich schnelleren Ansprechzeiten. Innerhalb normierter Fahrzyklen sind beide Adsorbersysteme, infolge des diskontinuierlichen Abwärmeangebots und dem elektrischen Energiebedarf der Systemperipherie, nicht in der Lage den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs zu senken. Der letzte Abschnitt der Arbeit beschäftigt sich mit der Bewertung leistungs- und effizienzsteigernder Maßnahmen durch Veränderung der Systemperipherie im Fahrzeug. Die Untersuchung zeigt, dass durch ein erhöhtes Abwärmeangebot, im Falle der Integration in ein größeres Fahrzeug, in Kombination mit einem beregneten Rückkühler, eine Kraftstoffverbrauchsreduktion von 2% erzielt werden kann.