Ziel der Entwicklung
Die Zielstellung des Vorhabens bestand in der Realisierung und experimentellen Erprobung des Funktionsmusters eines Kraftfahrzeugtauglichen Kleinkühlers zur Kühlung eines Erdgasspeichers bei Temperaturen im Bereich zwischen -50 °C und -80 °C.
Die Speicherung von Erdgas bzw. Biogas im überkritischen Zustand bei -80 °C stellt eine Möglichkeit dar, die gespeicherte Energiemenge für mobile, insbesondere Kraftfahrzeug-Anwendungen gegenüber dem Stand der Technik, der Speicherung von Erdgas oder Biogas bei einem Druck von typischerweise 200 bar und Umgebungstemperatur, mehr als zu verdoppeln. Diesem platzsparenden bzw. Reichweiteerhöhendem Speicherkonzept steht allerdings bisher ein sicherheitstechnischer Aspekt entgegen. Außerhalb des Fahrbetriebes führt die auf höherem Temperaturniveau befindliche Umgebungswärme zur Temperatur- und Druckerhöhung im Speichertank, was bei ausreichend langer Standzeit zum Ansprechen der Sicherheitseinrichtung am Speicher und zum Abblasen von Erdgas führt.
Dieses Problem sollte durch das Entwicklungsvorhaben gelöst werden um einen sicheren Betrieb des Erdgasspeichers zu ermöglichen. Hieraus ergaben sich, wie im Projektantrag dargestellt, die Hauptzielstellungen des Entwicklungsvorhabens:
- Erzeugung einer Kälteleistung von 10 W bei -80 °C mit möglichst hohem Wirkungsgrad (zyklische Betriebsweise)
- Realisierung eines kompakten und robusten kraftfahrzeugtauglichen Systems
Vorteile und Lösungen
Als Hauptergebnis des Vorhabens wurde ein Funktionsmuster eines Kfz-Kühlers zur transkritischen Erdgasspeicherung entwickelt, welches Tieftemperaturen bis -85 °C erreicht und dessen Funktionstüchtigkeit im Verbund mit einem Erdgasspeicher gezeigt wurde. Mit dem verwendeten Kältemittelgemisch aus Ethen, Propan und Pentan wird ein sicherer Betrieb auch bei naturgemäß schwankenden Umgebungstemperaturen gewährleistet. Das Funktionsmuster ist so konzipiert, dass ein vollautomatischer Betrieb möglich ist. Als energieeffiziente, kompakte und robuste Kühleinheit ist das Funktionsmuster auch für andere Anwendungsgebiete, wie beispielsweise die mobile oder stationäre Kälteerzeugung, geeignet.
Zielgruppe und Zielmarkt
Mit einem Industriepartner ist die Weiterentwicklung des Funktionsmusters hin zu anderen Speichersystemen und zur Zulassungsreife geplant. Der Beginn einer serienmäßigen Produktion des Kfz-Kühlers wird für das Jahr 2016 angestrebt. Desweiteren werden Ingenieurdienstleistungen für die Weiterentwicklung des Kühlers für andere Einsatztemperaturen und -bereiche auf Grundlage der im Vorhaben erarbeiteten Erkenntnisse und Erfahrungen angeboten. Die im Vorhaben erzielten Erkenntnisse konnten bereits während der Projektlaufzeit als Grundlage weiterer Forschungstätigkeiten verwertet werden.