CN101098794B - 具有吸收式热泵的汽车空调设备 - Google Patents

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Abstract

本发明建议一种用于汽车空调的吸收式热泵，该吸收式热泵具有一第一吸附腔，该第一吸附腔通过一第一连接元件与一冷凝器连接，并且通过一第二连接元件与一蒸发器连接；该吸收式热泵还具有一第二吸附腔，该第二吸附腔通过一第三连接元件与冷凝器连接，并且通过一第四连接元件与蒸发器连接，其中蒸发器以及冷凝器设置在第一吸附腔和第二吸附腔之间，并且通过一具有一可使压力减小的连接元件的冷凝液回送机构相互连接，其中吸附腔、冷凝器和蒸发器被一非自支承式的真空外壳包围，此外，吸附剂作为层被覆置在一载体材料上。另外，还建议一种使吸收式热泵几乎连续运行的方法，以及其作为蓄冷器和蓄热器的应用。

Description

具有吸收式热泵的汽车空调设备
本发明涉及具有吸收式热泵的汽车用空调设备。
现今汽车用空调设备被设置为通过发动机并借助三角皮带驱动的压缩式制冷机。一般是R134a用作制冷介质。其中的缺陷是，R134a和另外的HFKW具有一种较高的温室效应潜能。由于在汽车空调设备中存在高的泄漏率，所以发展应用了较少令人质疑的制冷介质，如CO2。但是大约11/100km/h的并非不重要的附加燃油消耗却因此不能减少。压缩式制冷机一般在汽车的驱动发动机被关断的情况下不能运行。这则导致不舒适的较高的持续温度。所述较高的持续温度还要求压缩式制冷机的一种功率有效的设计，以便在驱动发动机启动之后于可接受的短时间内达到汽车车厢内舒适的温度。
由于上述的缺陷提出了不同的努力方案，以便为了对于汽车进行空气调节而应用热力驱动的热泵、特别是吸收式热泵。但是这些迄今为止还未能在市场上出现，因为它们要求过多的空间位置。
由此本发明的任务是，提供一种具有紧凑结构形式并适合于在汽车中运行的吸附式热泵。另外本发明还具有的任务是，提供一种利用吸收式热泵连续进行空气调节的方法。此外给出吸收式热泵在车辆空调技术中适宜的应用。
该任务通过独立权利要求解决。优选的改进方案表明在从属权利要求中。
按照本发明认识到，一种用于对汽车进行空气调节的吸收式热泵具有两个吸附腔，它们分别与一冷凝器及一蒸发器相连接，若将载体材料用吸附剂进行涂层，那么就是特别紧凑和牢固的。借助适宜的载体材料的涂层就可以在小的空间上创建巨大的用于吸附与解析的表面。首先通过涂层可实现一种明显改进的相对吸附材料的供热和散热，因为在载体材料和吸附剂之间的热传导被明显地改善了。载体材料，一般是具有良好导热性能的金属，可以用一热交换器良好地进行冷却并进行加热。所述载体材料可以例如是一种多个铝板的系统，该铝板通过冷却水被冷却。在传统的吸收式热泵中，该吸附剂作为散料存在。在这种情况下，相对于一种可能的热交换器来说，所述热传导是较差的。此外该吸附腔、冷凝器和蒸发器被一非自支承式的真空外壳所包围。依此能实现一种节省位置的、并首先节省重量的真空外壳的实施方案。在汽车中一种节省重量的实施方案对于节省燃油并且在相同的发动机设置的情况下获得一种改善的加速性能来说是有重要意义的。因为真空外壳被结构件支承，所以可以应用一种自支承式的真空外壳。
另外一种将一吸收式热泵特别节省位置地实施的可能方案产生于，所述蒸发器和冷凝器布置在所述两个吸附腔之间。为了使得在解析时释放的工作介质——其在冷凝器中冷凝——回送到蒸发器中，在冷凝器和蒸发器之间设置一冷凝液回送机构。为了使在冷凝器中维持较高的压力并在蒸发器中维持较低的压力，则在冷凝液回送机构中设置一可使压力减小的连接元件，一般被设置为节流阀。对于在吸附腔和蒸发器及冷凝器之间设置的连接元件可以规定为阀门。
上述的结构方案还特别适合于这样的吸收式热泵，其中载体材料被涂覆以吸附剂，并且设置一自支承式的真空外壳。
优选方式是应用热力液压阀门作为在吸附腔和冷凝器或蒸发器之间的连接元件。依此可以实现，在一为了解析已被加热的吸附腔中所述通向冷凝器的阀门通过高的温度被打开，并且通向蒸发器的阀门被关闭。同样可能的是，在吸附期间通过冷却而将通向蒸发器的阀门打开并且将通向冷凝器的阀门关闭。
吸收式热泵的节能运行方式可被实现的条件是，设置一种这样的热交换器，其中可由驱动发动机所获取的热量可被输送给要被解析的吸附材料。在驱动发动机的短的运行时间以后已经提供足够的散热，以使吸附材料得以解析。在驱动发动机中伴随产生的热量可以通过冷却器和/或通过一热交换器被从排气中提取出来。为了能使得吸收式热泵的运行与驱动发动机的运行无关，作为选择，或另外地规定，通过驻车加热器来制备所必需的热量。
为了能实现一种紧凑并节省重量的结构方案，如此设置所述热交换器——借助于该热交换器在解析时输供热量：所述在吸附时伴随形成的热量可以被排出。为此在热交换器上可以设置一阀门，该阀门允许一次级介质或者可以流向驱动发动机的冷却器或者可以流向一外部冷却器，以便排出吸附时散出的热量。
可在蒸发器中产生的制冷可以通过一热传输介质和/或一热管被传输到一空气冷却器中。在这个空气冷却器中可以将所述已被泵送到一要被冷却的区域中的空气进行冷却。一般所述空气适合于冷却该乘客轿厢。但也可以想到的是冷却一运送易腐败货物的载重汽车的载货空间。通过一种热传输介质或一热管使制冷的传输具有如下优点：该蒸发器可以被设置为较小的结构，因为使制冷从蒸发器传输到一液体的热传输介质中或一热管中需要一相对小的表面。
但也可能的是，使要被冷却的空气直接在蒸发器上进行冷却。这所具有的优点是，该蒸发器可以具有一种比在前述选择方案中较高的温度，以便获得一种足够冷却的空气。在蒸发器中的一种较高温度的情况下，可以基于热力学原理实现吸收式热泵的一种较高的效率。
冷凝器的一种紧凑的结构方案也可如此实现，即所述在吸附腔中和/或在冷凝器中伴随生成的热量可通过一液体热传输介质和/或一热管而传输到一循环冷却器去，其中所述热量可以被传输到外部空气中。由此可以想到一种在驱动发动机的冷却系统中的集成设置。
如果能够将所述在吸附腔和/或在冷凝器中伴随产生的热量直接传输到外部空气中，则在外界温度和冷凝器温度之间的温度差可以是较低的，因为所述用于使热量传输到一中间冷却循环中所必需的温度差省去了。这特别在外界空气的高的温度情况下可允许吸收式热泵的一种有效的运行。
用于对于汽车进行空气调节的吸收式热泵所适宜的吸附材料是沸石。而且其它的晶格硅酸盐和非晶敞孔的硅酸盐例如硅胶或者活化碳都是适宜的。原则上说所有的在吸收式热泵技术中公知的吸附材料都可以考虑。
作为工作介质适宜的是水，因为它在有利的热力学特性的同时还是便宜的和优惠的。而且甲醇或甲醇-水-混合物也是适宜的。原则上说可以应用所有公知的工作介质。
当设置了吸收式热泵的一种控制装置时，就可以实现一种明显提高的舒适性，该控制装置能在一预先确定的时间和/或在接收到在汽车外部可触发的一信号以后进行一种空气调节工作。有时一汽车的乘客轿厢在停车状态于相应的天气情况下会明显升温。本身功率强大的空调设备也需要较长的时间，才在乘客轿厢内提供舒适的温度。空调设备的必需的功率强大的设置方案则导致一种提高的位置需求、一种增大的重量和一种提高的运行能量消耗。这个问题则当在预计的行驶开始之前在一预先确定的时间启动该空调工作时就可以避免了。因为重新的行驶开始通常在离开汽车时并非是确定的，故有利的方式是，空调工作可以由使用者通过一种在汽车外部可触发的信号被启动。这可以例如利用无线设备、移动手机或另外的用于无线信号传输的装置来实现。停车时空调设备的运行则在例如通常用于汽车空调所使用的压缩式制冷装置的情况下是不可能的。吸收式热泵却与之相反例如利用一种驻车加热装置就可以运行。
另外一种用于吸收式热泵的紧凑结构的可能方案如此实现，即，为了使热量从吸附材料传输到一种在一热交换器中流动的次级介质中，设置了一种金属泡沫。该金属泡沫可以用作吸附剂的载体介质。因此，吸附腔具有自由的成型特性。它们可以被构造为柔性的，并且可以利用发动机空间中或汽车的其它区域中的自由位置。一种具有传热用和/或作为吸附剂的载体材料的金属泡沫的热泵则一般在所有吸收式热泵中可提供所提到的优点。由此在所有吸收式热泵的情况下，原则上说吸收式热泵的下面描述的结构方案都是可能的。
为此可能的是，将吸附腔如此配置，以便该金属泡沫在一事故时可以用于吸收动能。依此该吸收式热泵同时用作安全装置。这样在同一重量下就提高了安全性，或者在节省了重量的情况下实现相同的安全性。
因此特别有利的方式是将所述吸收式热泵设置为汽车的保险杆。依此吸收式热泵可以节省位置并节省重量地进行安装。此外，冷却工作可以通过外部空气容易地实现。
为了能够实现汽车在持续运行中的一种几乎连续的空调工作，则一种具有一第一吸附腔和一第二吸附腔的吸收式热泵应该如此地运行，即，交变地使第一吸附腔吸附或解析并且同时使第二吸附腔解析或吸附。这种运行方式则以简单方式实现一种几乎连续的空调工作。为了一吸附腔的吸附过程，则在该相关吸附腔和蒸发器之间存在一种开启的连接，并且在该相关吸附腔和冷凝器之间不存在开启的连接。为了与之相反地进行解析，则该相关吸附腔至冷凝器存在一种开启的连接，并且到蒸发器则不存在开启的连接。
该方法的一种改进方案在于，在汽车驱动发动机关闭以后，使该吸附腔在没有同时吸附的情况下进行解析。在驱动发动机关闭以后，一般省去了汽车进行空气调节的必要性。当然乘客轿厢则经常会强烈变热，因此应该预见，需要一种空气调节作用，而不能从驱动发动机的排热中获取为了解析所需的热量。因此有利的是，在驱动发动机关闭以后将尚且存在的排热用于使吸附腔进行解析，即使瞬间不发生吸附。
一种吸收式热泵可以如此来用作蓄冷器和/或蓄热器：使吸附材料被保持在一种已被解析的状态中。作为蓄冷器的应用则如此来实现：采用通过吸附材料的吸附作用而在蒸发器中产生制冷的可能方案。在作为蓄热器的应用时被利用的情况是，在吸附时将会散发热量。这些热量可以例如应用于预先加热驱动发动机。因此可以降低燃油消耗和磨损。而且也能实现节能地对于乘客轿厢进行加热。
下面将借助附图详细地描述具体细节。其中表明：
图1是根据本发明的吸收式热泵的一种基本结构方案，
图2a是被构造为保险杆的吸收式热泵的一俯视图；而图2b是其一侧视图，
图3a和3b是吸收式热泵安装到一具有分开的热交换器的汽车的空调设备中的安装，
图4a和4b是带有集成的循环冷却机构的实施方案，
图5a和5b表明了具有由循环空气直接加热的蒸发器的实施方案。
在图1中可看出根据本发明的吸收式热泵的基本结构形式。第一吸附腔1、第二吸附腔2、冷凝器3和蒸发器4由一非自支承式的真空外壳5包围。吸附腔1、2是用阀门6、7、8、9分别与冷凝器3和蒸发器4连接的。冷凝器3和蒸发器4被配置在吸附腔之间。冷凝器3和蒸发器4通过一具有一节流阀11的冷凝液回送机构10连接。
在图2a中表明了一种吸收式热泵的俯视图，该吸收式热泵被设置为保险杆的结构。在吸附腔中安置了作为热载体的金属泡沫。这使得所描述的作为保险杆的吸收式热泵的结构方案成为可能。在图2b中表明了设计为保险杆的吸收式热泵的一侧视图。
图3a表明了吸收式热泵安装到汽车的空调系统中的安装。源于驱动发动机12的废热被输送到吸收式热泵13中。作为热传输介质应用了一种水-乙二醇-混合物。依此可以输送为了解析所必需的热量。该热量对于一种具有吸附剂-沸石和工作介质-水的吸收式热泵来说必须在一种至少为70℃的温度时进行输送。
在吸收式热泵13的蒸发器4中产生的制冷则利用一种水-乙二醇-混合物传输到空气冷却器14中。在空气冷却器14中该制冷通过一热交换器被传输到要被冷却的空气中。被冷却了的空气被泵送到乘客轿厢中。在吸附和冷凝时散发的热量则由水-乙二醇-混合物被传送到循环冷却器15去。
图3b表明了一种实施方案，其中在吸收式热泵和循环冷却器以及空气冷却器之间的热传输分别通过一热管实现。
图4a表明了一种没有外部循环冷却器的结构方案。在这个情况中，在吸收式热泵13中伴随产生的热量直接传输到外部空气中。在图4b中表明了一变型方案，其中从吸收式热泵13到空气冷却器14的制冷传输通过一热管来实现。对于解析必需的热量则由驱动发动机12借助于一种水-乙二醇-混合物传输到吸收式热泵13去。
图5a表明了一种实施方案，其中在蒸发器4中产生的制冷直接被传输到空气中，该空气被泵送到乘客轿厢中。在吸附时以及在冷凝器中散发的热量被用一种水-乙二醇-混合物传送到循环冷却器15去。作为选择方案，可以如图5b表示的那样，该热量利用一热管传输到循环冷却器15去。对于解析所必需的热量则由驱动发动机12利用一种水-乙二醇-混合物传输到吸收式热泵13去。
附图标记列表
1  第一吸附腔
2  第二吸附腔
3  冷凝器
4  蒸发器
5  真空外壳
6  在第一吸附腔和冷凝器之间的阀门
7  在第一吸附腔和蒸发器之间的阀门
8  在第二吸附腔和冷凝器之间的阀门
9  在第二吸附腔和蒸发器之间的阀门
10 冷凝液回送机构
11 节流阀
12 驱动发动机
13 吸收式热泵
14 空气冷却器
15 循环冷却器。

Claims (27)

1.用于对于一汽车进行空气调节的吸收式热泵，它具有：一第一吸附腔(1)，该第一吸附腔通过一第一连接元件(6)与一冷凝器(3)连接，并且通过一第二连接元件(7)与一蒸发器(4)连接；一第二吸附腔(2)，该第二吸附腔(2)通过一第三连接元件(8)与冷凝器(3)连接，并且通过一第四连接元件(9)与蒸发器(4)连接，其特征在于，该第一吸附腔和第二吸附腔(1，2)、冷凝器(3)和蒸发器(4)被一非自支承式的真空外壳(5)包围，其中吸附腔包含吸附器，该吸附器包含一种载体材料，该载体材料被用一种吸附材料进行涂层。
2.按权利要求1所述的吸收式热泵，其特征在于，该第一至第四连接元件(6，7，8，9)应用了热力液压阀门。
3.按权利要求1所述的吸收式热泵，其特征在于，在该第一吸附腔和第二吸附腔(1，2)中设置一热交换器，在该热交换器中由驱动发动机(12)和/或由一驻车加热器而获得的热量被输送到要被解析的吸附材料中。
4.按权利要求3所述的吸收式热泵，其特征在于，该热交换器适合于将吸附时散发的热量排出。
5.按权利要求1所述的吸收式热泵，其特征在于，在蒸发器(4)中产生的制冷通过一种热传输介质和/或一热管传输到一空气冷却器(14)去，在该空气冷却器(14)中要被输送到一要被冷却的区域中的空气被冷却。
6.按权利要求1所述的吸收式热泵，其特征在于，在蒸发器(4)中产生的制冷直接传输到要被输送到要被冷却的区域中的空气中。
7.按权利要求1所述的吸收式热泵，其特征在于，在该第一吸附腔和第二吸附腔(1，2)中和/或在冷凝器(3)中伴随产生的热量通过一热传输介质和/或一热管传输到一循环冷却器(15)中，在该循环冷却器(15)中该热量被排放到外界空气中。
8.按权利要求1所述的吸收式热泵，其特征在于，在该第一吸附腔和第二吸附腔(1，2)中和/或在冷凝器(3)中伴随产生的热量直接地排放到外部空气中。
9.按权利要求1所述的吸收式热泵，其特征在于，吸附材料是一种沸石。
10.按权利要求1所述的吸收式热泵，其特征在于，工作介质是水。
11.按权利要求1所述的吸收式热泵，其特征在于，该吸收式热泵设置有一控制装置，该控制装置能够在一预先设定的时间和/或在接收到一于车辆外部触发的信号以后进行一种空气调节工作。
12.按权利要求3所述的吸收式热泵，其特征在于，为了使热量从吸附材料传输到一在该热交换器中流动的次级介质中，设置一种用作吸附材料的载体介质的金属泡沫。
13.按权利要求12所述的吸收式热泵，其特征在于，该第一吸附腔和第二吸附腔(1，2)被如此布置在一汽车中，以便使所述金属泡沫在一事故中可以用于吸收动能。
14.按权利要求1所述的吸收式热泵，其特征在于，吸收式热泵构造为汽车的保险杆或被布置在保险杆的一部分区域中。
15.用于利用按照权利要求1至14之一所述的吸收式热泵来对于汽车进行空气调节的方法，其中交变地使第一吸附腔(1)吸附或解析并且同时使第二吸附腔(2)在第一吸附腔(1)吸附时进行解析，或者在第一吸附腔(1)解析时进行吸附。
16.按权利要求15所述的方法，其特征在于，在汽车的驱动发动机(12)关闭以后使第一吸附腔(1)在没有第二吸附腔(2)的同时吸附的情况下进行解析，和/或，使第二吸附腔(2)在没有第一吸附腔(1)的同时吸附的情况下进行解析。
17.对于一种根据权利要求1至14之一所述的吸收式热泵的应用，用于作为蓄冷器和/或作为蓄热器，此时该吸附材料被保持在一被解析的状态中。
18.对于一种按照权利要求1至14之一所述的吸收式热泵的应用，其中在吸附时散发的热量被应用于发动机预热。
19.吸收式热泵，它具有：一第一吸附腔(1)，该第一吸附腔通过一第一连接元件(6)与一冷凝器(3)连接，并通过一第二连接元件(7)与一蒸发器(4)连接；一第二吸附腔(2)，该第二吸附腔通过一第三连接元件(8)与冷凝器(3)连接，并通过一第四连接元件(9)与蒸发器(4)连接，其特征在于，该第一吸附腔和第二吸附腔(1，2)、冷凝器(3)和蒸发器(4)被一非自支承式的真空外壳(5)包围，其中蒸发器(4)和冷凝器(3)布置在第一吸附腔(1)和第二吸附腔(2)之间，并且通过一带有一使压力减小的连接元件(11)的冷凝液回送机构(10)相连接。
20.按权利要求19所述的吸收式热泵，其特征在于，该第一至第四连接元件(6，7，8，9)应用了热力液压阀门。
21.按权利要求19所述的吸收式热泵，其特征在于，在蒸发器(4)中产生的制冷通过一种热传输介质和/或一热管传输到一空气冷却器(14)去，在该空气冷却器(14)中要被输送到一要被冷却的区域中的空气被冷却。
22.按权利要求19所述的吸收式热泵，其特征在于，在蒸发器(4)中产生的制冷直接传输到要被输送到要被冷却的区域中的空气中。
23.按权利要求19所述的吸收式热泵，其特征在于，所述在该第一吸附腔和第二吸附腔(1，2)中和/或在冷凝器(3)中伴随产生的热量通过一热传输介质和/或一热管传输到一循环冷却器(15)中，在该循环冷却器(15)中该热量被排放到外界空气中。
24.按权利要求19所述的吸收式热泵，其特征在于，所述在该第一吸附腔和第二吸附腔(1，2)中和/或在冷凝器(3)中伴随产生的热量直接地排放到外部空气中。
25.按权利要求19所述的吸收式热泵，其特征在于，工作介质是水。
26.按权利要求19所述的吸收式热泵，其特征在于，该吸收式热泵设置有一控制装置，该控制装置能够在一预先设定的时间和/或在接收到一于车辆外部触发的信号以后进行一种空气调节工作。
27.按权利要求19所述的吸收式热泵，其特征在于，吸收式热泵构造为汽车的保险杆或被布置在保险杆的一部分区域中。
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