XERIC: Innovatives Klima-Kontrollsystem für Elektrofahrzeuge

Das innerhalb des EU Programms Horizon 2020 ins Leben gerufene Projekt XERIC hat das Ziel, ein neues Klima-Kontrollsystem zu entwickeln, das in batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen deutlich energieeffizienter arbeitet als herkömmliche Klimasysteme.

Das Klima-Kontrollsystem soll den Insassen unter allen möglichen Wetterbedingungen komfortable Innenraumbedingungen verschaffen. Herzstück des Systems sind:

  • innovative 3 Fluid Combined Membrane Contactors (3F-CMCs), die gleichzeitig von Luft durchströmt werden,
  • eine wässrige Trockenmittellösung (um die Luft zu entfeuchten)
  • und ein Kühlmittel (um die Trockenmitteltemperatur zu kontrollieren und die Luft teilweise zu kühlen) enthalten.
CAD Design eines 3F-CMC Prototypen
© Foto ITWM

CAD Design eines 3F-CMC Prototypen

Abstandshaltergeometrie
© Foto ITWM

Luftdruck- und Geschwindigkeitsverteilung für eine untersuchte Abstandshaltergeometrie

Mathematische Modellierung und Simulation

Sensible und latente Wärmeaustauschvorgänge zwischen Luft und Trockenmittel finden durch eine hydrophobe Membran statt, die nur in der Verdampfungsphase durchlässig ist, während das Kältemittel Phasenwechsel durchläuft. Alle Projektpartner arbeiten eng zusammen, um Energieeinsparungen von bis 35 bis 40 Prozent erreichen zu können.

Unsere Aufgaben liegen in der mathematischen Modellierung und Computersimulation für eine verbesserte und robuste Auslegung. Die Simulationsergebnisse werden in unterschiedlichen Stadien der Entwicklung genutzt und haben zum Ziel, die Entwicklung und die Leistungsfähigkeit des 3F-CMC zu optimieren. Durch die Benutzung des Trockenmittels kommen hohe Druckwerte zustande, außerdem entstehen starke Temperaturgefälle bei diesem Vorgang, sodass zunächst eine passende Rahmengröße entwickelt werden sollte, die Druck und Temperaturgefällen standhalten kann und nicht unnötig dick ist.

Die mechanische Stabilität wurde in zahlreichen Studien untersucht. Außerdem sind die Membrane, die Luft und Trockenmittel trennen, sehr dünn; deshalb sind Abstandsstützen erforderlich, um ein Durchbiegen zu vermeiden. Der Abstandshalter erzeugt jedoch Druckverluste im Luftkanal und muss daher ebenfalls im Hinblick auf Luftwiderstand optimiert werden.

Große Konzentrationsgradienten senken die Leistungsfähigkeit des 3F-CMC. Daher wurden 3D-Simulationen des Wärme- und Massetransfers ausgeführt, um die Dampfkondensationsdynamik besser verstehen zu können. Letztendlich soll auch die Frostbildung modelliert werden, damit das neue Airconditioning-System für eine breite Palette von Temperaturen und Feuchtigkeit eingesetzt werden kann.