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IFAM-Forscher holen aus Brennstoffzellen mehr Leistung heraus

Gemeinsam mit der Hörmann Vehicle Engineering GmbH, der Wärmetauscher Sachsen GmbH sowie dem Institut für Luft- und Kältetechnik Gemeinnützige Gesellschaft mbH arbeitet das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM an einem neuen Ansatz in der Abwärmenutzung für die Fahrzeugklimatisierung.

Der zentrale Gedanke davon ist, eine effektive Verwertung der Brennstoffzellen-Abwärme für die Temperierung des Fahrzeuginnenraumes zu entwickeln – eine Möglichkeit, die oben schon Tobias Bregulla erwähnte.

Energiebedarf für Klimatisierung kann gut gedeckt werden

Damit soll die Mindestreichweite von Brennstoffzellen-Triebzügen um 20 Prozent erhöht werden können. Gleichzeitig soll der Komfort der Reisenden dabei sowohl aus thermischer als auch aus akustischer Sicht steigen. Denn sowohl die nötige Heizwärme als auch die Kälte über eine Klimaanlage kann durch die Abwärme der Brennstoffzelle gedeckt werden, so die Forscher. Im Sommerbetrieb kann die Abwärme nämlich für die Innenraumklimatisierung genutzt werden, indem eine Absorptionswärmepumpe kühle Luft mit der Abwärme der Brennstoffzelle erzeugt.

Letztlich könne der Strom der Brennstoffzelle konzentriert für den Vortrieb genutzt werden, denn er müsse nicht für die Klimatisierung eingesetzt werden. Bei üblichen Fahrzeugen verschlinge die Klimatisierung nämlich bis zu 25 Prozent des Gesamtenergiebedarfs. Die effizientere Nutzung der vorhandenen Brennstoffzellen-Abwärme kann die Reichweite von entsprechend angetriebenen Fahrzeugen folglich wesentlich erhöhen.

So untersuchen die Forscher die Arten der Abwärmenutzung

Konkret beschäftigen sich die Forscher mit der Kopplung der Wärmequelle – also der Brennstoffzelle – mit den verschiedenen Wärmenutzungen in Form von Absorptionskältemaschine und Raumheizung. Das geschieht über PCM-Speicher, in denen faserartige Strukuren zur Anpassung der Speicherleistung eingesetzt werden. So wurde ein PCM-Speicher mit einer zellularen metallischen Struktur für eine verbesserte Wärmeleitung konzipiert, der zwei getrennte Fluidkreisläufe enthält: Einerseits einen heißen Fluidkreislauf, der der Abwärme der Brennstoffzelle entspricht. Andererseits einen kalten Fluidkreislauf, der dem der thermisch aktivierten Innenraumkomponenten gleichkommt. So könne die Funktionsweise im Zug nachgewiesen sowie der Einfluss unterschiedlicher Bauweisen und Anschlussarten untersucht werden.

Das ist eine zellulare respektive faserartige Struktur mit integriertem Wärmeträger in Form von Kupferröhren. Damit könnte die Abwärme von Brennstoffzellen zur Klimatisierung von Zügen besser genutzt werden. Gleichzeitig steigt die Reichweite solcher Fahrzeuge.
Das ist eine zellulare respektive faserartige Struktur mit integriertem Wärmeträger in Form von Kupferröhren. Damit könnte die Abwärme von Brennstoffzellen zur Klimatisierung von Zügen besser genutzt werden. Gleichzeitig steigt die Reichweite solcher Fahrzeuge.
(Bild: TU Dresden)

Außerdem wird die thermische Aktivierung von Innenraumflächen und anderen Einbauten wie Tisch- und Sitzkonstruktionen betrachtet, wie es weiter heißt. Um die richtige Wahl von Decken- und Fußbodenelementen treffen zu können, werden numerische Simulationsmodelle in 2D und 3D erstellt. Damit ließe sich die thermische Beschaffenheit verschiedener Elemente etwa mit Blick auf die Systemträgheit, Oberflächentemperaturen und Wärmeströme betrachten. So können Aufbau und Materialien optimal ausgewählt werden.

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