Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Nutzung des K\u00e4ltemittels R 134a in Fahrzeugklimaanlagen ist wegen des betr\u00e4chtlichen Treibhauspotentials dieses Stoffes problematisch. Eine interessante Alternative stellt der Kaltdampfproze\u00df mit CO2 als K\u00e4ltemittel dar. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Eignung von CO2 nachzuweisen, Betriebserfahrung mit einer Versuchsanlage zur Busklimatisierung zu sammeln und die Anforderungen an Komponenten, wie beispielsweise Verdichter und Gask\u00fchler, n\u00e4her zu bestimmen. Zu diesem Zweck soll ein Funktionsmuster einer solchen Anlage aufgebaut und experimentell untersucht werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAls erster Schritt wurde ein Anlagenkonzept erarbeitet. Da bei dem Kooperationspartner Konvekta schon eine einfache Versuchsanlage aufgebaut wurde, wurde f\u00fcr dieses Projekt eine erweiterte Variante mit einem Sammler nach dem Verdampfer und einem inneren W\u00e4rme\u00fcbertrager gew\u00e4hlt. Zur genaueren Messung der im Betrieb auftretenden W\u00e4rmestr\u00f6me wurden der Gask\u00fchler und der Verdampfer nicht gegen Luft sondern gegen Wasser betrieben. Um die G\u00fcte des eingesetzten K\u00e4ltemittelverdichters
\nFK3-CO2 der Fa. Bock besser bestimmen zu k\u00f6nnen, wurden in beiden Zylindern Me\u00dfaufnehmer zur Indizierung angebracht.
\nNach dem Aufbau der Anlage wurden verschiedene Versuchsreihen durchgef\u00fchrt. Es wurde jeweils ein bestimmtes Raster mit verschiedenen festen Drehzahlen, Verdichterhochdr\u00fccken und Gask\u00fchleraustrittstemperaturen des K\u00e4ltemittels angefahren und an diesen Punkten alle interessanten Druck-, Volumenstrom- und Temperaturwerte gemessen. Diese Me\u00dfwerte wurden nur w\u00e4hrend des station\u00e4ren Betriebs des K\u00e4ltekreislaufs aufgenommen, d.h. wenn sich \u00fcber einen bestimmten Zeitraum die Me\u00dfwerte nicht mehr ver\u00e4ndert haben.
\nF\u00fcr die erste Me\u00dfreihe wurde in den Verdichter eine Gleitringdichtung AX-40K von Simrax eingebaut und das \u00d6l Reniso CO2-150-E von Fuchs eingef\u00fcllt. Die zweite Me\u00dfreihe wurde mit gleichem \u00d6l, aber mit der originalen Gleitringdichtung des Verdichters durchgef\u00fchrt. Bei der dritten Me\u00dfreihe wurde auch noch das \u00d6l ge\u00e4ndert, hier wurde ein CO2-K\u00e4ltemaschinen\u00f6l von Anderol verwendet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Bei den Kalorimetermessungen der ersten beiden Me\u00dfreihen wurden K\u00e4lteleistungszahlen zwischen 1,2 und 2,8 gemessen. Diese K\u00e4lteleistungszahlen hingen nur von der Drehzahl und von der Gask\u00fchleraustrittstemperatur ab, es gab keinen merklichen Unterschied zwischen den beiden Me\u00dfreihen mit unterschiedlichen Gleitringdichtungen. Bei der dritten Me\u00dfreihe, bei der ein anderes K\u00e4ltemaschinen\u00f6l verwendet wurde, wurden K\u00e4lteleistungszahlen zwischen 1,0 und 2,1 gemessen. Diese waren in allen Drehzahl- und Temperaturbereichen schlechter als in den ersten beiden Me\u00dfreihen. Auch die K\u00e4lteleistung war bei den Messungen mit dem zweiten \u00d6l geringer.
\nDie Indizierung des K\u00e4ltemittelverdichters f\u00fchrte zu mehreren interessanten Ergebnissen. Bei den verschiedenen Messungen wurden sehr gute indizierte Wirkungsgrade gemessen, die zwischen 0,75 und 0,9 lagen. Auch die indizierten Liefergrade, die zwischen 0,8 und 0,92 lagen, waren sehr gut. Weiterhin konnte aus den Verl\u00e4ufen der Verdichtungs- und der R\u00fcckexpansionslinie geschlossen werden, da\u00df nur sehr geringe Leckageverluste durch die Ventile oder durch die Kolbendichtungen auftraten. Ein Schwachpunkt des Verdichters war an den p-V-Diagrammen sehr gut zu erkennen. Die Druckerh\u00f6hung beim Ausschieben des komprimierten K\u00e4ltemittels aus dem Zylinder war mit 15 – 25 bar sehr hoch. Dies ist ein deutlicher Hinweis auf hohe Str\u00f6mungsverluste in den Ventilen, die durch eine ung\u00fcnstige Ventilgeometrie entstehen. Durch eine Ver\u00e4nderung dieser Ventilgeometrie k\u00f6nnten diese Verluste verringert und dadurch der Wirkungsgrad des Verdichters gesteigert werden. Die Ansaugdruckverluste waren mit
\n2 – 4 bar gering, so da\u00df diese durch eine \u00c4nderung der Geometrie der Saugventile nur noch geringf\u00fcgig verbessert werden k\u00f6nnten.
\nNach einer Betriebszeit von ca. 100 Stunden wurde ein Teil des K\u00e4ltemaschinen\u00f6ls Reniso CO2 150E dem Hersteller zur Untersuchung zur\u00fcckgegeben. Dieser stellte fest, da\u00df das \u00d6l mit gel\u00f6stem bzw. feinverteiltem Aluminium und Eisen versetzt war, nach Abfiltern dieser Bestandteile aber mit Frisch\u00f6l nahezu identisch war.
\nBeim Hersteller der in der ersten Me\u00dfreihe eingesetzten Gleitringdichtung AX40K wurden deren Reibleistungen unter den in den Messungen gegebenen Voraussetzungen gemessen. Diese lagen je nach Druck und Drehzahl zwischen 15 und 36 kW. Bei in den Messungen aufgetretenen Antriebsleistungen zwischen 3 und 9 kW spielen daher die ben\u00f6tigten Reibleistungen in der Gleitringdichtung keine Rolle. Beide eingesetzten Gleitringdichtungen wiesen eine sehr geringe Leckage auf, auch konnte bei den kurzen Laufzeiten an den Dichtfl\u00e4chen kein merklicher Verschlei\u00df festgestellt werden. Bei der Gleitringdichtung AX40K traten Probleme an eingesetzten O-Ringen auf. Diese Gummiringe waren schon nach kurzer Einsatzzeit zerst\u00f6rt, was an bei den schwankenden Dr\u00fccken in die Ringe eindringenden und wieder austretenden Kohlendioxid liegt.
\nBei der Untersuchung des zu erwartenden TEWI-Wertes einer CO2-K\u00e4lteanlage wurde festgestellt, da\u00df dieser Wert voraussichtlich besser ist als bei einer vergleichbaren R134a-Anlage. Allerdings h\u00e4ngt ein berechneter TEWI-Wert sehr stark von den Annahmen ab, die bez\u00fcglich der Klimaanlagen getroffen werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Teile der Ergebnisse wurden w\u00e4hrend des CO2 Technology Workshop in Trondheim, Norwegen, vom
\n13 -14. Mai 1997 vorgetragen.
\nIm Rahmen dieses Projektes wurde eine Studie \u00fcber das TEWI-Konzept als Bewertungskriterium mobiler Klimaanlagen durchgef\u00fchrt und in der Zeitschrift KK Die K\u00e4lte- und Klimatechnik im M\u00e4rz 1997 ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Ergebnisse zeigen, da\u00df Kohlendioxid ein sehr gut geeignetes K\u00e4ltemittel f\u00fcr die mobile Klimatisierung darstellt. Um dieses jedoch in Zukunft serienm\u00e4\u00dfig in der mobilen K\u00fchlung einsetzen zu k\u00f6nnen, mu\u00df vor allem der Verdichter verbessert werden. Eine Steigerung des Verdichterwirkungsgrades w\u00e4re durch eine Ver\u00e4nderung der Ventile zu erreichen. Weiter m\u00fc\u00dften Ver\u00e4nderungen am Verdichter durchgef\u00fchrt werden, die zu einer l\u00e4ngeren Lebensdauer f\u00fchren. Die Auswahl eines geeigneten K\u00e4ltemaschinen\u00f6les ist wichtig, da ein Einflu\u00df des \u00d6les auf die K\u00e4lteleistungszahl der K\u00e4lteanlage eindeutig nachweisbar ist. Zur Abdichtung der Kurbelwelle reicht durchaus eine einfache Gleitringdichtung, wie sie schon in anderen K\u00e4ltemittelverdichtern eingesetzt wird.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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