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Talks and Poster Presentations (with Proceedings-Entry):

M. Jakobi, P. Hofmann:
"Restwärmenutzung im Fahrzeug durch thermochemische Energiespeicher";
Talk: FVV Frühjahrstagung, Bad Neuenahr; 2015-03-26 - 2015-03-27; in: "Frühjahrstagung 2015", (2015), 40 - 66.



English abstract:
This paper summarises the examinations done in the context of the project "Residual Heat Utilization in Vehicles by Thermochemical Energy Storage", sponsored by the Research As-sociation for Combustion Engines e.V. (FVV), in the time frame from December 2012 until March 2015. The basic aim was to store the waste heat from the coolant of an ICE during the operation for the utilisation during the subsequent cold start procedure to shorten the warmup time (reduced fuel consumption, comfort). Therefore reversible thermochemical storage systems, working under the principal of the heterogeneous evaporation, offer several advantages compared to sensible or latent heat storage technologies. Especially the low temperature performance of the selected compound is of crucial interest. During the prelimi-nary project (project number: 1007) "Usage of Waste Heat by Intelligent Storage and Distri-bution Concepts", see [1] and [2], multiple charging-cycles at temperatures down to -15 °C could be achieved. In combination with the salt-hydrates calcium chloride and sodium sul-phide, methanol proved to be a suitable reactant, but the energy density of the storage sys-tem remained far below the theoretic potential.
The present project aims to build a prototype in a reduced scale in several stages. Thereby the results of the preceding project, in terms of optimisation measures, have been consid-ered. The emphasis was to improve the so far insufficient diffusion process, which was veri-fied as the most influential factor, regarding the discrepancy to the theoretic potential of the system. Therefore the prospect of the application of a carrier material has been reviewed and several composites (structures impregnated with salt hydrate) have been investigated in an open as well as in a closed system. A dynamic reaction with the complete absorption of the expected sorbate fraction could be achieved with carrier materials on silicon oxide basis. Especially calcium chloride in combination with glass fibre revealed to be advantageous for the application and was used as basis for the construction. Subsequently layer thickness, density and the structure of the composite indicated to be essential for an effective heat transfer to the coolant.
Considering the stated criteria for the layout of corresponding storage system prototype, the virtual available capacity could be raised from 15 % to over 50 %, relating to the theoretical value. This with a reduced discharge duration and an enhanced cyclic stability.

German abstract:
Der Tagungsbeitrag fasst die Untersuchungen, die im Rahmen des CO2-Sonderforschungs-programms "Restwärmenutzung im Fahrzeug durch thermochemische Energiespeicher" der Forschungsvereinigung für Verbrennungskraftmaschinen e.V. (FVV) im Zeitraum von De-zember 2012 bis März 2015 durchgeführt wurden, zusammen. Grundsätzliches Forschungs-ziel war es, über das Kühlmittel abgeführte Abwärme aus der Motorstruktur während dem Betrieb des Fahrzeugs zu speichern, um sie beim nächsten Kaltstart zur Verkürzung der Warmlaufphase einzusetzen (reduzierter Kraftstoffverbrauch, Insassenkomfort). In diesem Zusammenhang bieten reversible, thermochemische Prozesse, die nach dem Wirkprinzip der Heterogenverdampfung arbeiten, einige Vorteile gegenüber sensiblen oder latenten Technologien. Dabei stellt besonders die Tieftemperatureignung der ausgewählten Material-paarungen ein essentielles Kriterium dar. Bereits im Vorläuferprojekt (Vorhaben Nr. 1007) "Restwärmenutzung durch intelligente Speicher- und Verteilungssysteme", siehe [1] und [2], konnten zyklische Be- und Entladungen eines Speichersystems bei Temperaturen von bis zu -15 °C erzielt werden. In Kombination mit den Salzen Calciumchlorid und Natriumsulfid er-wies sich Methanol als geeigneter Reaktionspartner, jedoch lag die praktische Energiedichte weit hinter dem theoretischen Potenzial.
Im Rahmen der aktuellen Untersuchungen wurde - in mehreren Entwicklungsschritten - ein Prototypspeicher in verkleinertem Maßstab aufgebaut, der die aus dem Vorläuferprojekt ge-wonnenen Erkenntnisse hinsichtlich des Optimierungspotenzials berücksichtigt. Der Fokus lag vorwiegend auf einer Verbesserung des bisher unvollständigen Diffusionsprozesses, der als größter Einflussfaktor für die Abweichungen zum Theoriewert verifiziert wurde. Daher wurde in Folge ein Einsatz möglicher Trägerstoffe überprüft und eine Vielzahl an Kompositen (mit Salzhydrat imprägnierte Strukturen) im offenen sowie geschlossenen System unter-sucht. Dynamische Reaktionen unter vollständiger Aufnahme des Sorbats konnten mit Trä-gerstoffen auf Basis von Siliziumoxid-Verbindungen erzielt werden. Besonders mit Calcium-chlorid beschichtete Glasfasern zeigten sich für den Anwendungsfall als vorteilhaft und bilde-ten somit die Grundlage für den Speicherbau. In weiterführenden Voruntersuchungen wurde deutlich, dass zudem Schichtdicke, Materialdichte sowie die Strukturierung des Speicherma-terials für einen effektiven Wärmeübergang an das Kühlmittel verantwortlich sind.
Unter Berücksichtigung der genannten Kriterien in der Auslegung des Prototypspeichers konnte die praktisch nutzbare Speicherkapazität, bezogen auf den Theoriewert, gegenüber dem Speichersystem des Vorläuferprojekts von 15 % auf über 50 %, bei reduzierter Entlade-dauer und verbesserter Zyklenstabilität (Reproduzierbarkeit der Messung), gesteigert wer-den.


Electronic version of the publication:
http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_243029.pdf


Created from the Publication Database of the Vienna University of Technology.