Framtidens kylsystem i fordon

Kyltekniskas Göteborgsavdelning gästades den 25 februari av Michael Matthias Sanden, Tyskland och Philip Stegmüller från Obrist Engineering, Österrike.

Till hjälp med att organisera har även Sanden’s representanter i Sverige Morgan Magnusson och Ulf Björkerud varit. 

Philip började med en historisk genomgång av kylsystemets utveckling från 1834 med Jacob Perkins uppfinning av förångningssystem med eter i en sluten krets till dagens verklighet med luftkonditionering i praktiskt taget alla bilar.

Han fortsatte med att redovisa ett projekt Obrist Engineering har haft med Mercedes att konstruera ett luftkonditioneringssystem till deras S-Class Coupé med koldioxid (R744) i en transkritisk process. Hela projektet tog 2 år från order till produktion. En otroligt kort tid med tanke på de utmaningar som uppdagades på vägen och den myckna utrustning som behöver utvecklas för att kunna producera för bilindustrin. Inte bara systemet och komponenter konstruerades utan också provningsutrustning och testriggar för alla evalueringar som behövs och dessutom produktionsutrustning. Till idag har 40 000 system levererats! Siffror när det gäller fordonsindustrin är imponerande. Idag har även Audi A8 ett system med R744.

Framtiden i bilindustrin är elektrisk. Dagens ICE (internal combustion engine) bilar kommer att sluta tillverkas inom 15 år. Luftkonditioneringssystemet i S-Classen har en mekaniskt driven kompressor och ingen värmepumpfunktion. Att den är mekaniskt driven med en rem från motorn är en stor utmaning då den svåraste delen är den tätning som då behövs kring drivaxeln. Framtidens kompressorer kommer att vara elektriska och hermetiska och kylsystemet måste förutom att kyla kupén även värma kupén och kyla och värma bilens elmotor, batterier och kraftelektronik. Det blir ett komplicerat system där värme och kyla kommer att behövas samtidigt. Systemet måste kunna ge värme till kupén, ca 8 kW, vid -30°C ute och ge kyla vid +40°C omgivningstemperatur. Det måste alltså kunna kapacitetsregleras inom ett mycket stort insatsområde.

Det köldmedier som används idag i bilar, R1234yf, är inte möjligt att använda inom ett så stort insatsområde utan det är bara R290 (propan) och CO2 (R744) som klarar detta med tanke på kapacitet och hetgastemperaturer.

Att använda HFO medel som R1234yf kommer också att orsaka en miljökatastrof då dess nedbrytningsprodukt TFA förorenar grundvattnet och kan idag inte renas i vattenverk. Philip var förvånad över att det talas så lite om detta idag och förutspådde att det kommer att bli en stor fråga i framtiden.

R290 ger ett mindre komplicerat system än CO2 när systemen i framtiden kommer att vara indirekta dvs. man har en glykol/vatten blandning som cirkuleras till de olika kyl och värmeobjekten. Köldmediefyllningen i ett sådant system blir mycket liten förmodligen under 150 gram. R290’s nackdel med att vara brännbar går då att hantera på ett säkert sätt.

Man kommer att använda scrollkompressorer istället för dagens swingplate.

En viktig aspekt för systemen i framtiden är att kunna återvinna all spillvärme. Dagens bilar har ett stort överskott på spillvärme från motorn men en elbil är mycket effektivare och har lite förluster som kan utnyttjas för att värma kupén vintertid. För att undvika avfrostning, som blir nödvändigt om omgivningsluften skall används som värmekälla, måste all tillgänglig energi tas tillvara. Undertecknat läste t.ex. häromdagen att man börjar att utveckla en ny elmotor med kylkanaler inuti statorns lindningar. En sådan motor kan göras mindre, lättare och effektivare än dagens då statorn kyls utifrån.

Sammanfattningsvis så kommer framtidens kyl/värme system i bilar att vara indirekta med propan som köldmedium och med en elektrisk scrollkompressor. Som vanligt gäller att den som lever får se!

 

Lennart Asteberg 

 

Länkar:

http://www.sanden-europe.fr/en

www.obrist.at

 

Svenska Kyltekniska Föreningen - Göteborg
Batterigatan 13B, 415 01 GÖTEBORG | Telefon: 031-93 05 70