Um den Gesamtwirkungsgrad von Fahrzeugen (PKWs und NKWs) weiter zu steigern, wird in diesem Bericht die Möglichkeit eines in den Abgasstrang integrierten Dampfkraftwerks zur Erzeugung weiterer mechanischer Leistung aus der noch vorhandenen thermischen Abgasenergie vorgestellt. Als Kreislaufmedien werden Wasser und alternativ R114a untersucht. Ausgehend von den Betriebsdaten eines PKWs findet zunächst eine erste thermodynamische Auslegung des Dampfkreislaufs für einen Gas- und Dampfprozess (Mini-GuD) statt. Die Berechnung des Dampfkreislaufs ergibt, je nach Kreislaufmedium, eine mittlere Abgastemperatur am Dampferzeugeraustritt von ca. 150 bis 190 deg C, die auf Grund der erforderlichen Temperaturdifferenzen innerhalb des Dampferzeugers nicht weiter gesenkt werden kann. Daraus folgt aber auch, dass die Nutzung weiterer Wärmepotenziale innerhalb des Verbrennungsmotors, wie Kühlwasser oder Abgasturbolader, bei den untersuchten Kreislaufmedien wegen der niedrigeren Temperaturen der anderen Wärmequellen nicht, oder nur mit erheblichem technischen Aufwand, möglich ist. Problematisch sind die im NEDC ständig wechselnden Abgastemperaturen und - Massenströme, die quasi keinen stationären Betrieb ermöglichen. Die gesamte resultierende theoretische Leistungssteigerung bzw. Kraftstoffeinsparung im NEDC von maximal 7,9% berücksichtigt noch nicht, dass auch Wärmeenergie zunächst zum Aufheizen der Apparate und Maschinen des Mini-GuDs benötigt wird. Die Aufheizenergie für das gesamte Kleinkraftwerk liegt, nach einer ersten Grobdimensionierung der wesentlichen Komponenten, deutlich über 50%. Im Extremfall ist sogar zu befürchten, dass im NEDC ein Mini-GuD nicht effektiv in Betrieb geht. Im stationären Betriebsfall einer Autobahnfahrt sind hingegen Wirkungsgradverbesserungen von über 11% zu erwarten, sofern alle Bauteile betriebswarm sind. Das bedeutet, dass ein Mini-GuD im Nutzfahrzeugbereich wahrscheinlich wirtschaftlich eingesetzt werden könnte, da auf Grund der üblichen Nutzung hier solche Betriebsbedingungen vorliegen.
Auslegung eines Abwärmekraftwerks (Mini-GuD) im Fahrzeug - Vergleich verschiedener Kreislaufmedien
2006
14 Seiten, 11 Bilder, 9 Tabellen
Conference paper
German
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