-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heizen und/oder Klimatisieren
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Anordnung
einer Vorrichtung zum Heizen und/oder Klimatisieren in einem Kraftfahrzeug
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.
-
Eine
gattungsgemäße Vorrichtung zum Heizen und/oder
Klimatisieren eines Raumes, insbesondere eines Fahrzeuginnenraumes
wurde durch die
DE
198 18 807 A1 der Anmelderin bekannt. Die Vorrichtung umfasst
eine Sorptionseinrichtung, auch Adsorptions-Wärmepumpe
oder Adsorptions-Kältemaschine genannt, welche einen Adsorber/Desorber- sowie
einen Verdampfer/Kondensator-Bereich aufweist. Die bekannte Sorptionseinrichtung
wird von drei Luftströmen durchsetzt, nämlich
einem ersten Kühlluftstrom zur Abfuhr der Kondensationswärme
in die Umgebung, einem zweiten Umluft/Kaltluftstrom, auch Nutzluftstrom
genannt, welcher der Klimatisierung des Fahrzeuginnenraumes dient,
sowie einem weiteren Kühlluft/Heißluft-Strom,
welcher der Abfuhr der Adsorptionswärme, der Aufnahme von
Wärme in einer Heizvorrichtung und der Zufuhr der Desorptionswärme
dient. Letzterer Kühlluft/Heißluftstrom durchströmt
somit zunächst den Adsorberbereich, da nach die Heizvorrichtung,
anschließend den Desorberbereich und wird als Fortluftstrom
in die Umgebung abgeführt. Die bekannte Adsorptionskältemaschine
weist noch Potenziale im Hinblick auf ihre Integration in ein Kraftfahrzeug
auf.
-
Eine
Weiterentwicklung der bekannten Sorptionseinrichtung wurde durch
die
WO 2007/068481 A1 und
die
DE 10 2006
059 504 A1 der Anmelderin bekannt.
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art hinsichtlich der Ausnutzung vorhandener Energien zu verbessern
und somit effizienter zu machen. Darüber hinaus ist es
Aufgabe der Erfindung eine derartige Vorrichtung in ein Kraftfahrzeug
zu integrieren, insbesondere mit den im Kraftfahrzeug vorhandenen
Energieträgerkreisläufen zu vernetzen, sodass
eine effiziente und kostengünstige Klimatisierung, insbesondere
auch bei Stillstand des Fahrzeuges erreicht wird.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird zunächst durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Merkmale des Patentanspruches
6 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den
Unteransprüchen 7 bis 25 ergeben.
-
Mit
der Erfindung wird der Vorteil erreicht, dass eine an sich bekannte
Sorptionseinrichtung, d. h. eine Adsorptionskältemaschine
mit den im Kraftfahrzeug vorhandenen Systemen, insbesondere den vorhandenen
Fluidkreisläufen vernetzt werden kann, mit der Folge, dass
dadurch zusätzliche Energien für die Klimatisierung,
insbesondere auch im Standbetrieb (bei Stillstand des Kraftfahrzeuges)
gewonnen werden können. Die erfindungsgemäße
Sorpti onseinrichtung und ihre Anordnung im Kraftfahrzeug erlauben
eine effizientere Heizung und Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums,
insbesondere einer Fahrerkabine bei einem Nutzfahrzeug in allen
möglichen Betriebszuständen wie Heizen und/oder
Klimatisieren während der Fahrt und während des
Stillstandes des Kraftfahrzeuges. Weitere Vorteile ergeben sich
aus der anschließenden Beschreibung von einzelnen Ausführungsbeispielen
der Erfindung.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher
beschrieben. Es zeigen
-
1 eine
erfindungsgemäße Anordnung zur Klimatisierung
eines Fahrzeuges im Betriebsmodus: Klimatisierung während
der Fahrt,
-
2 die
Anordnung gemäß 1 im Betriebsmodus:
Entfeuchtung während der Fahrt,
-
3 die
Anordnung gemäß 1 im Betriebsmodus:
Heizung während der Fahrt,
-
4 die
Anordnung gemäß 1 im Betriebsmodus:
Standklimatisierung,
-
5a die
Anordnung gemäß 1 im Betriebsmodus:
Entfeuchtung im Standbetrieb bei kühlem Wetter,
-
5b die
Anordnung gemäß 1 im Betriebsmodus:
Entfeuchtung im Standbetrieb bei warmer Wetter,
-
6a die
Anordnung gemäß 1 im Betriebsmodus:
Standheizung ohne Motorvorwärmung,
-
6b die
Anordnung gemäß 1 im Betriebsmodus:
Standheizung mit Motorvorwärmung,
-
6c die
Anordnung gemäß 1 im Betriebsmodus:
Standheizung durch Wärmepumpenbetrieb,
-
7a,
b, c verschiedene Abgaswärmeübertrager mit integriertem
Latent-Wärmespeicher,
-
8 eine
weitere Ausführung für einen Abgaswärmeübertrager
mit integriertem Latent-Wärmespeicher,
-
9 eine
weitere Ausführungsform eines Abgaswärmeübertragers
mit integriertem Latent-Wärmespeicher,
-
10 eine
Anordnung gemäß 1, jedoch
mit zusätzlichem Wärmespeicher im Betriebsmodus:
Klimatisierung während der
-
11 die
Anordnung gemäß 10 im
Betriebsmodus: Standklimatisierung,
-
12 die
Anordnung gemäß 10 im
Betriebsmodus: Entfeuchtung während der Fahrt,
-
13a die Anordnung gemäß 10 im Betriebsmodus:
Entfeuchtung im Stand, erste Ausführung,
-
13b die Anordnung gemäß 10 im Betriebsmodus:
Entfeuchtung im Strand, zweite Ausführung,
-
14 die
Anordnung gemäß 10 im
Betriebsmodus: Standheizung,
-
15 die
Anordnung gemäß 10 im
Betriebsmodus: Heizung während der Fahrt,
-
16 einen
Adsorptionswärmespeicher,
-
17a eine Anordnung zur Klimatisierung mit Adsorptionswärmespeicher
im Betriebsmodus: Standheizung und
-
17b die Anordnung gemäß 17a im Betriebsmodus: Heizung während
der Fahrt.
-
1 zeigt
in einer schematischen Darstellung eine Schaltungsanordnung
1 zur
Heizung und/oder Klimatisierung eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise
eines Nutzfahrzeuges, von dem lediglich eine Fahrerkabine
2 dargestellt
ist. Die Schaltungsanordnung
1 umfasst einen Kühlmittelkreislauf
3 zur Kühlung
einer Brennkraftmaschine
4 mittels eines von Umgebungsluft
beaufschlagten Kühlmittelkühlers
5. Das
Kühlmittel, vorzugsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch, wird
durch eine Kühlmittelpumpe
6 umgewälzt
und über ein Thermostatventil
7 derart gesteuert,
dass es über den Kühler
5 und/oder durch einen
Kurzschluss
8 strömt. Ein derartiger Kühlmittelkreislauf
3,
im Folgenden auch Kühlkreislauf genannt, ist bekannt. Die
Brennkraftmaschine
4 ist mit einer gekühlten Abgasrückführung
ausgestattet, von der eine Abgasleitung
9, ein Abgaswärmeübertrager
10 und
eine Kühlmittelleitung
11, welche aus dem Kühlkreislauf
3 abgezweigt
ist, dargestellt sind. Das Abgas der Brennkraftmaschine
4 gibt
somit Abgaswärme an das Kühlmittel ab, welches
dadurch aufgeheizt wird. Die Schaltungsanordnung
1 umfasst
ferner eine als Adsorptions-Wärmepumpe
12 ausgebildete
Sorptionseinrichtung auf, welche hier nur schematisch dargestellt
und beispielsweise aus der eingangs genannten
DE 198 18 807 A1 der Anmelderin bekannt
ist und für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
1 Verwendung
finden kann. Eine weiterentwickelte Adsorptions-Wärmepumpe
wurde durch die eingangs genannte
DE 10 2006 059 504 A1 der
Anmelderin bekannt, welche ebenfalls für die Schaltungsanordnung
1 Verwendung
finden kann. Beide vorgenannten Offenlegungsschriften der Anmelderin
werden mit ihrem gesamten Offenbarungsgehalt in den Offenbarungsgehalt
dieser Anmeldung einbezogen. Die Adsorptions-Wärmepumpe
12,
auch Adsorptionskältemaschine genannt, weist einen Adsorberbereich
12a,
einen Desorberbereich
12b, einen Verdampferbereich
12c und
einen Kondensatorbereich
12d auf. Als Stoffpaarung für
das Sorptionsmaterial und das Arbeitsmaterial können Zeolith
oder Silicagel, jeweils in Verbindung mit Wasser Verwendung finden.
Aufgrund des vorgenannten Standes der Technik wird hier auf eine
ausführliche Beschreibung der Adsorptions-Wärmepumpe
12 verzichtet. Gegenstand
der Erfindung ist vielmehr die Einbindung der Adsorptions-Wärmepumpe
12 in
die im Kraftfahrzeug vorliegenden Systeme und Kreisläufe. Die
Adsorptions-Wärmepumpe
12 wird von drei Fluidströmen
durchsetzt, nämlich einem ersten Fluidstrom
13 zur
Abfuhr von Kondensationswärme, einem zweiten Fluidstrom
14 zur
Zufuhr von Verdampfungswärme sowie zur Klimatisierung der
Fahrerkabine
2 und einem dritten Fluidstrom
15,
welcher der Zu- und Abfuhr von Sorptionswärmen, d. h. einerseits der
Kühlung des Adsorberbereiches
12a und andererseits
der Erwärmung des Desorberbereiches
12b dient.
Der erste Fluidstrom
13 ist ein Luftstrom, welcher über
ein erstes Gebläse
16 aus der Umgebung angesaugt
und dem Kondensatorbereich
12d zugeführt wird.
Der zweite Fluidstrom
14 ist ebenfalls ein Luftstrom, wird über
ein zweites Gebläse
17 gefördert und
dem Verdampferbereich
12c zugeführt. Der dritte
Fluidstrom
15 ist ein Flüssigkeitsstrom, d. h.
beispielsweise ein Thermoölstrom oder ein Kühlmittelstrom,
welcher über ein Mischerventil
18 mittelbar dem
Kühlkreislauf
3 über die Kühlmittelleitung
11 zur Kühlung
des Abgaskühlers
10 entnommen wird. Im dritten
Fluidstrom
15, welcher – in Strömungsrichtung gesehen – in
Abschnitte
15a bis
15d unterteilt ist, sind ein
Umschaltventil
19, ein als Rückkühler
20 ausgebildeter
Wärmeübertrager sowie eine Pumpe
21 angeordnet,
welche den dritten Fluidstrom
15 umwälzt. Der
Rückkühler
20 wird von Umgebungsluft beaufschlagt,
welche durch ein Gebläse
22 gefördert wird.
Im zweiten Fluidstrom
14 ist zwischen dem Gebläse
17 und
der Fahrerkabine
2 eine Luftumschaltklappe
23 angeordnet,
welche eine Frischluft- oder Umluftansaugung ermöglicht.
Im zweiten Fluidstrom
14 sind zwischen dem Verdampferbereich
12c und der
Fahrerkabine
2 eine Mehrwegeklappe
24 sowie ein
Heizkörper
25 angeordnet, welcher primärseitig von
Kühlmittel durchströmt wird.
-
Die
Darstellung in 1 zeigt die Klimaanlage in einem
Betriebsmodus: „Klimatisierung während der Fahrt".
Dabei sind die Symbole für die aktiven Komponenten dunkel
angelegt und die aktiven Leitungsabschnitte der Schaltungsanordnung
fett eingezeichnet. Die inaktiven Komponenten sind durch leere,
nicht ausgefüllte Symbole dargestellt. Im Betriebsmodus „Klimatisierung
während der Fahrt" läuft die Brennkraftmaschine 4 und
wirkt somit als Wärmequelle, welche ihre Wärme über
die Abgasleitung 9 und den Abgaswärmeübertrager 10 an
das Kühlmittel abgibt. Über die Kühlmittelleitung 11 und
das Mischerventil 18 gelangt das erwärmte Kühlmittel
in den dritten Fluidstrom 15 und über den ersten
Leitungsabschnitt 15a in den Desorberbereich 12b,
beispielsweise mit einer Eintrittstemperatur von etwa 120° oder
etwa 130° Celsius. Dabei wird dem Desorberbereich 12b die
für die Desorp tion erforderliche Wärme zugeführt. Über
den zweiten Leitungsabschnitt 15b gelangt das auf ca. 70° abgekühlte
Kühlmittel, das Umschaltventil 19 und den dritten
Leitungsabschnitt 15c in den Rückkühler 20,
wo das Kühlmittel weiter abgekühlt wird. Es tritt
dann über den Leitungsabschnitt 15d und die Pumpe 21 in
den Adsorberbereich 12a bei einer Temperatur von beispielsweise
etwa 30° ein und verlässt die Sorptionseinrichtung 12 über
den Leitungsabschnitt 15e bei einer Temperatur von beispielsweise
etwa 80° bis 100°. Danach wird das Kühlmittel
wieder dem Kühlkreislauf 3 zugeführt.
Der zweite Fluidstrom 14, auch als Nutzluftstrom bezeichnet,
wird im Verdampferbereich 12c abgekühlt und gelangt über
die Mehrwegklappe 24 und den nicht aktiven Heizkörper 25 in
die Fahrerkabine 2. Dabei kann entsprechend der Stellung
der Frischluft/Umluftklappe 23 entweder Frischluft von
außen oder Umluft aus der Fahrerkabine 2 angesaugt
werden. Der erste Fluidstrom 13 wird – im Betriebsmodus „Klimatisierung" – über
die Mehrwegklappe 24 ins Freie geleitet.
-
2 zeigt
die Schaltungsanordnung 1 im Betriebsmodus: „Entfeuchtung
während der Fahrt". Für gleiche Teile werden die
gleichen Bezugszahlen wie in 1 verwendet,
wobei wiederum die fett ausgezogenen Linien aktive Leitungsabschnitte
und die ausgefüllten Symbole aktive Komponenten darstellen.
Der Heizkörper 25 ist über einen Heizkreislauf 26 an
den Kühlkreislauf 3 über eine Parallelschaltung angeschlossen,
wobei das Kühlmittel über eine Pumpe 27 durch
den Heizkörper 25 gefördert wird. Im
dargestellten Betriebsmodus „Entfeuchtung während der
Fahrt" wird der Nutzluftstrom 14 im Verdampferbereich 12c gekühlt,
gleichzeitig entfeuchtet und strömt anschließend über
den aktiven Heizkörper 25 als entfeuchteter und
temperierter Luftstrom in die Fahrerkabine 2.
-
3 zeigt
die Schaltungsanordnung 1 für den Betriebsmodus: „Heizung
während der Fahrt". Der Heizkreislauf 26 ist aktiviert,
d. h. die Pumpe 27 zieht durch die Brennkraftmaschine 4 aufgeheiztes Kühlmittel
durch den Heizkörper 25. Zusätzlich gelangt
Abgaswärme über den Abgaswärmeübertrager 10,
die Kühlmittelleitung 11, das Mischerventil 18 und einen
Leitungsabschnitt 28 in den Heizkreislauf 26. Der
Nutzluftstrom 14 (Umluft oder Frischluft) durchströmt
den inaktiven Verdampferbereich 12c und wird anschließend
im Heizkörper 25 erwärmt. Die Heizung
während der Fahrt erfolgt hier konventionell.
-
4 zeigt
die Schaltungsanordnung 1 für den Betriebsmodus: „Standklimatisierung",
d. h. bei stehendem Fahrzeug und stehendem Motor (Brennkraftmaschine 4).
Für diesen Betriebsmodus kommt eine zusätzliche
Heizvorrichtung, hier als Brennstoffheizung 29 ausgebildet,
ein so genannter Brennstoffzuheizer, zum Einsatz. Die Brennstoffheizung 29 bzw.
der Brennstoffzuheizer umfasst eine Kombination aus einem Brenner
mit Brennkammer und einem Wärmeübertrager, welcher
sekundärseitig von den heißen Abgasen des Brenners
beaufschlagt und primärseitig vom Kühlmittel durchströmt
wird. Das durch den Brennstoffzuheizer 29 erwärmte
Kühlmittel wird durch eine Pumpe 30 umgewälzt
und über das Mischerventil 18 in den dritten Fluidstrom 15 eingespeist.
Die Wärmeenergie des Brennstoffzuheizers 29 wird
somit für den Betrieb der Absorptions-Wärmepumpe 12 verwendet.
Die Klimatisierung der Fahrerkabine 2 erfolgt dann analog
der Klimatisierung während der Fahrt, wie für 1 beschrieben. Es
erfolgt also lediglich ein Austausch der Wärmequellen.
-
5a zeigt
die Schaltungsanordnung 1 für den Betriebsmodus: „Luftentfeuchtung
im Standbetrieb, geregelt bei kühlem Wetter". Dieser Betriebsmodus
wird bevorzugt dann gefahren, wenn die Entfernung von Feuchtigkeit
aus dem Fahrzeuginnenraum, also der Fahrerkabine 2 bei
kühlerem Klima, z. B. zur Beschlagsfreihaltung der Scheibeninnenflächen
im Vordergrund steht. Hierfür wird ein mehr oder weniger
großer Teil der Brennerwärme des Brennstoffzuheizers 29 dazu
benutzt, um die Adsorptions-Wärmepumpe 12 als
Lufttrockner zu betreiben. Die Adsorptionswärme wird dabei über
das Ventil 19 und einen Leitungsabschnitt 31 dem
Heizkreislauf 26 stromaufwärts vom Heizkörper 25 zugeführt.
Damit kann der aus dem Verdampferbereich 12c austretende,
gekühlte und getrocknete Luftstrom 14 (zweiter Fluidstrom)
im Heizkörper 25 wiedererwärmt werden. Die
Kondensationswärme kann zusätzlich – was nicht
dargestellt ist – dem Luftstrom in die Fahrerkabine 2 zugeführt
werden. Dadurch kommen die gesamte Brennerleistung der Brennstoffheizung 29 und zusätzlich
die latente Kondensationswärme der auskondensierten Luftfeuchtigkeit
dem Innenraum der Fahrerkabine 2 zu Gute. Als Stellglied
für die Regelung des Entfeuchtungsgrades fungiert das Mischerventil 18,
durch welches die Massenstrom- und damit die Wärmestromaufteilung
zwischen Heizkörper 25 (über den Leitungsabschnitt 28 und
den Heizkreislauf 26) und Adsorptions-Wärmepumpe 12 bedarfsgerecht
gesteuert werden kann.
-
5b zeigt
die Schaltungsanordnung 1 für den Betriebsmodus: „Luftentfeuchtung
im Standbetrieb, geregelt bei warmem Wetter". Bei diesem Betriebsmodus
steht die Innenraumkühlung der Fahrerkabine 2 stärker
im Vordergrund. Die Brennerwärme der Brennstoffheizung 29 wird über
das Mischerventil 18 einerseits der Adsorptions-Wärmepumpe 12 und andererseits
dem Heizkreislauf 26 zugeführt. Der aus dem Desorberbereich 12b austretende
Kühlmittelstrom wird über das Umschaltventil 19,
den umluftbeaufschlagten Rückkühler 20 und
die aktivierte Pumpe 21 dem Adorptionsbereich 12a zugeführt.
Durch diese Rückkühlung des Kühlmittelstromes
wird eine niedrigere Adsorptionstemperatur erzielt und die Kälteleistung
der Adsorptions-Wärmepumpe 12 noch gesteigert.
Dieser Betriebsmodus führt dann durch Annäherung
an die andere Grenzlage des Mischerventils 18 zum reinen
Standklimatisierungsbetrieb ohne Nachheizung durch den Heizkörper 25,
wie es in 4 dargestellt ist.
-
6a zeigt
die Schaltungsanordnung 1 für den Betriebsmodus: „Standheizung
ohne Motorvorwärmung". Hierbei wird die Brennerwärme
des Brennstoffzuheizers 29 über das Mischerventil 18 und
den Leitungsabschnitt 28 dem Heizkreislauf 26 zugeführt,
welcher über ein optional auch als Thermostatventil ausführbares
3/2-Wege-Umschaltventil 32 auf kurzem Wege direkt zum Brennstoffzuheizer 29 zurückgeführt
wird. Der Kühlkreislauf 3 der Brennkraftmaschine 4 wird
dabei nicht vorgewärmt.
-
6b zeigt
die Schaltungsanordnung 1 für den Betriebsmodus: „Standheizung
mit Motorvorwärmung". Dieser Betriebsmodus entspricht dem
Betriebsmodus gemäß 6a mit
dem Unterschied, dass der Rücklauf des Heizkreislaufes 26 über
die Kühlmittelpumpe 6 der Brennkraftmaschine 4 zugeführt
und danach über das Umschaltventil 32 wieder zum
Brennstoffzuheizer 29 zurückgeführt wird.
Die Brennkraftmaschine 4 wird somit in den Heizungsrücklauf 26 einbezogen
und damit vorgewärmt, womit ein besserer Start der Brennkraftmaschine 4 ermöglicht
wird.
-
6c zeigt
die Schaltungsanordnung 1 für den Betriebsmodus: „Standheizung
durch Wärmepumpenbetrieb". Bei diesem alternativen Betriebsmodus
wird der dritte Fluidstrom 15 nach Austritt aus der Adsorptions-Wärmepumpe 12 über
das Umschaltventil 19 dem Heizkreislauf 26 (Vorlauf)
oberhalb des Heizkörpers 25 zugeführt.
Anschließend wird ein Teil des Rücklaufes des
Heizkreislaufes 26 über den Leitungsabschnitt 15d und
die Pumpe 21 wiederum der Adsorptions-Wärmepumpe 12,
d. h. dem Adsorberteil 12a zugeführt. Dieser Betriebsmodus
besitzt vor allem ökonomische Vorteile, da zusätzlich
Umweltwärme für Heizzwecke verwendet wird. Die
gesamte Brennerwärme des Brennstoffzuheizers 29 wird
hierbei der Adsorptions-Wärmepumpe 12 zugeführt.
Diese entzieht der über den Verdampferteil 12c geführten
Umgebungsluft (zweiter Fluidstrom 14) Wärme und
hebt sie im Kondensatorbereich 12d auf ein höheres
für Heizzwecke ausreichendes Temperaturniveau an. Zusätzlich
wird die gesamte Brennerwärme in Form der Adsorptionswärme über
den dritten Fluidstrom 15 dem Heizkörper 25 zugeführt.
Durch optionale Anpassung der benötigten Massenströme
kann dadurch ein verbrauchsoptimiertes Heizsystem zur Verfügung
gestellt werden, dass je nach Heizleistungszahl der Adsorptions-Wärmepumpe 12 eine
höhere Heizleistung erbringt als von dem Brennstoffheizer 29 bereitgestellt
werden kann. Dieser Betriebsmodus vermeidet auch zu hohe Vorlauftemperaturen
des Heizkörpers 25, erfordert aber eventuell einen
größeren Heizkörper 25 und/oder
eine größere Luftmenge, um die gleiche Leistung
bei geringer treibender Temperaturdifferenz zu übertragen.
-
Alternativ
zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, bei welchen
der erste und der zweite Fluidstrom 13, 14 Luftströme
sind, können beide Fluidströme auch als flüssige
Fluidströme ausgebildet werden. Dabei wäre zur Übertragung
der Kälteleistung an die der Fahrerkabine 2 zuzuführende Luft
ein zusätzlicher Wärmeübertrager, ein
so genannter Kühlkörper notwendig. Der erste flüssige Kühlmittelstrom
kann dann vorteilhafterweise dem Rückkühler 20 zur
Abfuhr der Kondensationsleistung zugeführt werden.
-
7a, 7b, 7c zeigen
verschiedene Ausführungsformen von Latent-Wärmespeichern, welche
bei einer weiteren energiesparenden, bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung anstelle des zuvor beschriebenen Brennstoffzuheizers
vorgesehen sind. Der Latent-Wärmespeicher kann Überschusswärme,
vorzugsweise aus dem Abgas der Brennkraftmaschine während
der Fahrt durch Verwendung eines geeigneten Phasenwechselmaterials latent
abspeichern. Bekannte Latentmaterialien sind Paraffine oder besonders
bevorzugt Zuckeralkohole wie beispielsweise Erythriol, D-Mannitol
oder Galactitol. Die Schmelztemperaturen dieser Stoffe liegen über
100° Celsius bei attraktiven volumenbezogenen Schmelzwärmen.
Weiterhin kommen prinzipiell auch eutektische Mischungen von Salzhydraten
in Frage, von denen jedoch nur wenige Schmelztemperaturen von über
100° Celsius besitzen. Die Verwendung eines Latent-Wärmespeichers
ist besonders dann vorteilhaft, wenn die volumetrische Schmelzwärme,
multipliziert mit dem Wärmeverhältnis der Adsorptions-Wärmepumpe
größer ist, als die volumetri sche Schmelzwärme
eines Latent-Kältespeichers nach dem Stand der Technik.
Bei der Verwendung von Wasser als latentem Kältespeichermedium
(Stand der Technik) wären das ca. 305 kJ pro Liter. Die
Verwendung von Galactitol mit seiner volumetrischen Schmelzwärme
von ca. 520 kJ pro Liter wäre also aus Bauraumgründen
dann vorzuziehen, wenn das Wärmeverhältnis der
Adsorptions-Wärmepumpe über 0,58 liegt.
-
Ein
weiterer Vorteil der latenten Wärmespeicherung gegenüber
einer latenten Kältespeicherung nach dem Stand der Technik
liegt darin, dass besonders bei schweren Langstrecken-Nutzfahrzeugen das Überangebot
an Abwärme aus dem Abgas zur Wiederbeladung des Wärmespeichers
wesentlich größer ist als das Überangebot
an Kälteleistung in warmen Klimazonen. Zusätzlich
sind die nutzbaren treibenden Temperaturdifferenzen zur Wiederbeladung
eines Latent-Wärmespeichers durch die Verwendung von Abgas
als Wärmequelle deutlich größer als bei
einem Latentkältespeicher.
-
7a zeigt
in schematischer Darstellung eine Kombination eines Abgaswärmeübertragers und
eines Latent-Wärmespeichers, d. h. einen kombinierten Wärmeübertrager/Latent-Wärmespeichers 33,
im Folgenden auch kurz Wärmespeicher 33 genannt.
Zwischen einem Abgaskanal 34 und einem Kühlmittelkanal 35,
in welchem auch ein anderes Wärmeträgerfluid strömen
kann, ist ein Latentmedium 36 angeordnet, welches von Wärmeleitstrukturen 37,
z. B. oberflächenvergrößerten Rippen
durchsetzt wird. Das durch den Kanal 34 strömende
Abgas, dargestellt durch einen Pfeil A, gibt somit seine Wärme über
die Wärmeleitstrukturen 37 an das Latentmedium 36 ab,
welches die Wärme speichert und an das den Kanal 35 durchströmende
Kühlmittel, dargestellt durch einen Pfeil K, oder ein anderes
Wärmeträgerfluid abgibt. Beide Kanäle 34, 35 sind
wärmeleitend durch die Wärmeleitstruktur in Form
der Rippen 37 verbunden. Das Latentmedium 36 zwischen
den Rippen 37 nimmt eine Zwischentemperatur zwischen den
beiden strömenden Medien, Abgas und Kühlmittel,
an. Liegt diese Zwischentemperatur über der Schmelztemperatur
des Latentmediums, so wird dieses aufgeschmolzen und nimmt dadurch Überschusswärme
auf. Liegt die Temperatur (z. B. bei abgestelltem Fahrzeug) unter
der Schmelztemperatur, wird die gespeicherte Wärme über
die Rippen 37 an das den Kanal 35 durchsetzenden
Wärmeträgerfluid abgegeben, wodurch das Latentmedium 36,
z. B. ein Paraffin wieder erstarrt. Die Rippen 37 stellen
also einen großflächigen Wärmekontakt
zwischen zwei strömenden Medien, hier Abgas und Kühlmittel,
und einem stationären Medium, dem Speichermedium, her.
Dieser gute Wärmekontakt kann auch dadurch hergestellt
oder verbessert werden, dass das Latentspeichermedium – wie
aus dem Stand der Technik bekannt – in eine an sich schon
sehr wärmeleitende Trägerstruktur (beispielsweise
eine expandierte Grafitstruktur) eingebettet wird. Unter Umständen
kann dann auf eine Berippung auch verzichtet werden.
-
7b zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines kombinierten Wärmeübertrager/Latent-Wärmespeichers 38 mit
einem Abgasrohr 39, welches von Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmt
wird. Das Abgasrohr 39 ist von einem koaxial angeordneten
Ringkanal 40 umgeben, durch welchen Kühlmittel
strömt. Zwischen Abgasrohr 39 und Ringkanal 40 ist
eine rippenförmig ausgebildete Wärmeleitstruktur 41 angeordnet.
Der Ringkanal 40 und das Speichermedium 42 sind
von einer Isolierung 43 umgeben, um Wärmeverluste
durch Abgabe von Wärme an die Umgebung zu vermeiden.
-
7c zeigt
eine abgewandelte Ausführungsform für einen kombinierten
Wärmeübertrager/Latent-Wärmespeicher 44,
wobei das Abgasrohr 39 von einer Rohrschlange, einem spiralförmig
gewickelten Strömungskanal 45, welcher in das
Latentspeichermedium 42 eingebettet ist, umgeben ist. Der spiralförmige
Strömungskanal 45 wird vorzugsweise von Kühlmittel
als Wärmeträgerfluid durchströmt. Auch
hier ist eine Isolierung 43 vorgesehen.
-
8 zeigt
einen Abgaswärmeübertrager 46 und einen
Latent-Wärmespeicher 47, welche nicht miteinander
integriert, sondern räumlich voneinander getrennt, jedoch
durch eine Leitung 48, welche ein Wärmeträgerfluid
transportiert, miteinander verbunden sind. Der Abgaswärmeübertrager 46 umfasst
ein von Abgas durchströmbares Rohr 49 (Abgasrohr),
in welchem eine Rohrwendel 50 angeordnet ist, welche von
dem Wärmeträgerfluid durchströmt und
vom Abgas umströmt wird. Das Wärmeträgerfluid,
vorzugsweise das Kühlmittel des Kühlkreislaufes,
wird somit durch das Abgas erwärmt und transportiert diese Wärme über
die Leitung 48 in den Latent-Wärmespeicher 47,
welcher vorzugsweise mit einer Schüttung von verkapseltem
Speichermedium 51, z. B. einem Paraffin (Phasenwechselmaterial),
gefüllt ist. Zwischen den Kapseln des Phasenwechselmaterials 51 bestehen
Hohlräume, welche von dem Wärmeträgerfluid
durchströmt werden, welches somit seine Wärme
an das Phasenwechselmaterial 51 abgibt.
-
9 zeigt
ein gegenüber 8 abgewandeltes Ausführungsbeispiel,
wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet
werden. Ein Abgaswärmeübertrager 52 weist
ein von Abgas durchströmtes Rohr 49 auf, welches
von einem spiralförmig um das Abgasrohr 49 gewickelten
Flachrohr, einem Flachrohr-Mantel 54, umgeben ist, welcher
von einem über die Leitung 48 zugeführten
Wärmeträgerfluid durchströmt wird. Das
erwärmte Wärmeträgerfluid, vorzugsweise
das Kühlmittel des Kühlkreislaufes, strömt
durch die Leitung 48 in einen Latent-Wärmespeicher 53,
der mit Phasenwechselmaterial 51 gefüllt ist.
Der Latent-Wärmespeicher 53 weist eine allseitige
Wärmeisolierung 55 auf, um Wärmeverluste
zu vermeiden und um somit die Speicherfähigkeit zu verlängern.
-
Der
Abgaswärmeübertrager kann auch als konventioneller
Abgaswärmeübertrager ausgebildet sein, welcher
beispielsweise ein Bündel von in Rohrböden aufgenommenen
Abgasrohren aufweist, welche von einem in einem Gehäuse
geführten Kühlmittel umströmt werden.
-
In
den folgenden 10 bis 15 ist
eine vorteilhafte Integration des zuvor beschriebenen Wärmespeichers
in die im Kraftfahrzeug vorhandenen Fluidkreisläufe dargestellt.
Dabei werden für gleiche Teile der oben beschriebenen Schaltungsanordnung 1 gleiche
Bezugszeichen verwendet. In den nachfolgenden Schaltungsanordnungen
gemäß 10 bis 15 sind
die flüssigen Fluidkreisläufe vom Motorkühl-
und Heizkreislauf vollkommen getrennt – daraus ergibt sich
der Vorteil, dass der Kreislauf für die Sorptionseinrichtung
mit einem anderen Fluid gefüllt werden kann, das vorzugsweise
für ein höheres Temperaturniveau ausgelegt ist,
z. B. kann dies eine Glykol/Wasser-Mischung mit einem höheren
Glykolanteil oder ein Thermoöl sein. In den nachfolgenden
Schaltungsanordnungen ist die Sorptionseinrichtung bei allen Betriebszuständen
in Betrieb und übernimmt im Heizbetrieb die Funktion einer Wärmepumpe.
Dies ist erforderlich, um Siedzustände im Abgaswärmeübertrager
zu vermeiden, hat aber den Vorteil, dass der Exergieinhalt des höher temperierten
Fluids dazu verwendet wird, um zusätzliche Umweltwärme
auf ein für Heizzwecke ausreichendes Temperaturniveau zu
heben, was bei Fahrzeugen mit geringem Heizleistungsangebot im Kühlmittel
vorteilhaft ist. Vor allem im Standbetrieb vergrößert
sich die verwertbare Wärmemenge des Wärmespeichers
entsprechend der durch die Wärmepumpe erzielten Heizleistungszahl.
-
10 zeigt
eine Schaltungsanordnung 56 für den Betriebsmodus: „Klimatisierung
während der Fahrt". Die Schaltungsanordnung 56 entspricht
teilweise der oben beschriebenen Schaltungsanordnung 1,
weshalb im Folgenden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen
verwendet werden. Die Sorptionseinrichtung 12 wird von
drei Fluidströmen durchsetzt, nämlich dem ersten
Fluidstrom 13, einem Luftstrom zur Abfuhr der Kondensationswärme,
einem dem zweiten Fluidstrom 14, dem so genannten Nutzluftstrom,
sowie dem dritten Fluidstrom, der hier wegen seiner geänderten
Strömungsführung mit 57 bezeichnet ist.
Durch den dritten Fluidstrom 57 werden die Sorptions wärmen
zu- und abgeführt. In dem dritten Fluidstrom 57 sind – abweichend
gegenüber der Schaltungsanordnung 1 – ein
Wärmespeicher 58, der Abgaswärmeübertrager 10,
als wesentliches Steuerorgan ein 4/2-Wegeventil 59 sowie
zwei Rückschlagventile 60, 61 angeordnet.
Aus der Darstellung ist ersichtlich, dass der dritte Fluidstrom
bzw. Fluidkreislauf 57 vollständig vom Kühlkreislauf 3 und
vom Heizkreislauf 26, also vom Kühlmittelkreislauf
getrennt ist. Diese Trennung ermöglicht – wie
oben ausgeführt – für den dritten Fluidkreislauf 57 ein
anderes Fluid, vorzugsweise für ein höheres Temperaturniveau
zu wählen. Im dargestellten Betriebsmodus: „Klimatisierung
während der Fahrt" ist der Heizkörper 25 kühlmittelseitig
nicht beaufschlagt, die Pumpe 27 ist inaktiv; alternativ
kann der Heizkörper 25 luftseitig umgangen werden
(luftseitig geregelte Heizung nach dem Stand der Technik). Das 4/2-Wegeventil 59,
im Folgenden auch Mehrwegeventil 59 genannt, steht im Belademodus,
d. h. der Wärmespeicher 58 wird oder kann geladen
werden. Bei Nutzkraftfahrzeugen kann davon ausgegangen werden, dass
der Wärmespeicher 58 durch regelmäßigen
Betrieb des Fahrmotors nicht ganz ausgekühlt ist, sodass
auch bei weitgehend entladenem Wärmespeicher 58 und
ausreichend hoher Phasenwechseltemperatur des Speichermediums sehr
schnell eine zum Betrieb der Sorptionseinrichtung 12 ausreichend
hohe Desorptionstemperatur erzielt wird. Während des Desorptionsprozesses
wird das Kühlmittel (dritter Fluidstrom) auf ein Temperaturniveau
zwischen 50°C und 80°C abgekühlt. Nach
Austritt des Kühlmittels aus der Sorptionseinrichtung 12 tritt
das Kühlmittel in den mit Frischluft beaufschlagten Rückkühler 20 ein
und wird dort bis nahe an die Umgebungstemperatur abgekühlt,
um anschließend über die Pumpe 21 wieder der
Sorptionseinrichtung 12 zugeführt zu werden. Durch
Aufnahme von Adsorptionswärme und sensibler Wärme
einer internen Wärmerekuperation wird das Kühlmittel
auf Temperaturen zwischen 70°C und 100°C aufgeheizt,
mit dem das Kühlmittel dann wieder in den Abgaswärmeübertrager 10 eintritt.
Die Strömungsrichtung des Kühlmittels im dritten
Fluidkreislauf 57 ist durch entsprechende Pfeile darge stellt – diese
Strömungsrichtung entspricht wie oben erwähnt – dem
Belademodus für den Wärmespeicher 58.
-
11 zeigt
die Schaltungsanordnung 56 für den Betriebsmodus: „Standklimatisierung" – dabei befindet
sich der Wärmespeicher 58 infolge Verdrehung des
Mehrwegeventils 59 im Endlademodus, d. h. die Strömungsrichtung
im dritten Fluidkreislauf 57 hat sich – wie die
Pfeile zeigen – umgekehrt. Der Wärmespeicher 58 wird
somit in entgegengesetzter Richtung durchströmt, wobei
der Abgaswärmeübertrager 10 umgangen
wird. Diese Beschaltung des Wärmespeichers 58 bewirkt,
dass die Kapazität des Speichers 58 zu einem sehr
hohen Grad genutzt werden kann und die Verluste über zusätzliche
Komponenten minimiert werden. Die Umkehr der Strömungsrichtung
durch den Wärmespeicher 50 wird also durch das
4/2-Wegeventil 59 in Verbindung mit den beiden Rückschlagventilen 60, 61 ermöglicht.
-
12 zeigt
die Schaltungsanordnung 56 im Betriebsmodus: „Entfeuchtung
während der Fahrt". Dieser Betriebsmodus unterscheidet
sich von dem Betriebsmodus: „Klimatisierung während
der Fahrt" gemäß 10 lediglich
dadurch, dass der Heizkreislauf 26 über die Pumpe 27 aktiviert
ist und der Heizkörper 25 von Kühlmittel
durchströmt wird. Im Allgemeinen steht genügend
Wärme aus dem Kühlmittel zur Verfügung,
sodass der im Verdampferbereich 12c abgekühlte
und getrocknete Nutzluftstrom 14 im Heizkörper 25 wiedererwärmt
werden kann. Sollte nicht genügend Wärme aus dem
Kühlmittel zur Verfügung stehen, kann zusätzlich,
wie beim nachfolgend beschriebenen Betriebsmodus erläutert,
durch den Rückkühler 20 erwärmte
Umgebungsluft der Fahrerkabine 2 zugeführt werden.
-
13a zeigt die Schaltungsanordnung 56 in
einer ersten Variante für den Betriebsmodus: „Entfeuchtung
im Stand". Da keine Wärme aus dem Kühlkreislauf 3 der
Brennkraftmaschine 4 zur Verfügung steht, werden
vorzugsweise alle Wärmeströme der Sorptionseinrichtung 12 verwendet.
Der Wär mespeicher 58 wird – aufgrund
der Stellung des Mehrwegeventils 59 – im Endlademodus
betrieben. Die über die Frischluft/Umluftklappe 23 angesaugte
Umluft wird als Nutzluftstrom 14 zunächst dem
Verdampferbereich 12c der Sorptionseinrichtung 12 zugeführt,
dort abgekühlt und dabei getrocknet. Die Kaltluft wird nachfolgend
als Fluidstrom 13 – aufgrund entsprechender Stellung
der Mehrwegeklappe 24 – dem Kondensatorbereich 12d und/oder
dem Rückkühler 20, was nicht dargestellt
ist, zugeführt, sodass die entfeuchtete Luft wieder erwärmt
wird. Durch Variation der aus dem Verdampferbereich 12c benutzten Luftmenge
kann dieser Betriebsmodus in einen reinen Standheizbetrieb überführt
werden.
-
13b zeigt eine zweite Variante für den Betriebsmodus: „Entfeuchtung
im Stand". Hier ist dargestellt, dass die Luftströme 13, 14,
welche aus dem Kondensatorbereich 12d bzw. aus dem Verdampferbereich 12c mit
unterschiedlichen Temperaturen austreten, gemischt werden können.
-
14 zeigt
die Schaltungsanordnung 56 für den Betriebsmodus: „Standheizung".
Für diesen Betriebsmodus wird die Sorptionseinrichtung 12 in
einem klassischen Wärmepumpenprozess betrieben. Dabei wird
die Exergie des Wärmespeichers 58 (Hochtemperatur-Wärmequelle)
dazu benutzt, den Wärmeinhalt der Fortluft aus der Fahrerkabine 2 in Form
eines Umluftbetriebes zu nutzen und über den Kondensatorbereich 12d und
den Rückkühler 20 der Sorptionseinrichtung 12 auf
ein für Heizzwecke ausreichendes Temperaturniveau anzuheben.
Fortluft aus der Fahrerkabine 2 gelangt über die
Frischluft/Umluftklappe 23 als zweiter Fluidstrom 14 in
den Verdampferbereich 12c und wird danach über
die Mehrwegeklappe 24 ins Freie geleitet. Die im Kondensatorbereich 12d erwärmte
Luft (erster Fluidstrom 13) wird über die Mehrwegeklappe 24 als Warmluft
in die Fahrerkabine 2 geleitet. Durch eine Luftklappe 62 kann
auch mindestens ein Teil der vom Rückkühler 20 erwärmten
Luft in die Fahrerkabine 2 geleitet werden. Durch die Nutzung
der Abluftwärme kann die als Adsorptions-Wärmepumpe
arbeitende Sorpti onseinrichtung 12 mit kleinem Temperaturhub und
damit großer Heizleistungszahl arbeiten, wodurch der Exergieinhalt
des Hochtemperatur-Wärmespeichers 58 zur Streckung
der Nutzzeit optimal genutzt wird.
-
15 zeigt
die Schaltungsanordnung 56 im Betriebsmodus: „Heizung
während der Fahrt". Dieser Betriebsmodus unterscheidet
sich gegenüber dem Betriebsmodus: „Standheizung"
gemäß 14 zunächst
dadurch, dass Heizleistung aus dem Heizkörper 25 zur
Verfügung steht, da die Brennkraftmaschine 4 Wärme über
den Heizkreislauf 26 liefert. Durch Umstellung des Mehrwegeventils 59 wird
der Abgaswärmeübertrager 10 zur Vermeidung
von Siedezuständen vom Kühlmittel durchströmt,
welches anschließend in den Wärmespeicher 58 eintritt
(entsprechend der Pfeilrichtung). Die Sorptionseinrichtung 12 arbeitet
in diesem Betriebsmodus als Wärmepumpe analog zum Betriebsmodus: „Standheizung".
Dies bedeutet, dass die dem Heizkörper 25 zugeführte
Luft (erster Fluidstrom 13) bereits durch den Kondensatorbereich 12d vorgewärmt
wurde. Grundsätzlich ist es also möglich, auch
den konventionellen Heizkörper 25 bei ausreichender
Dimensionierung der Sorptionseinrichtung 12 entfallen zu
lassen (dies ist jedoch nicht dargestellt).
-
16 zeigt
als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung – alternativ
zu dem oben beschriebenen Latent-Wärmespeicher- einen kombinierten
Abgaswärmeübertrager/Adsorptionswärmespeicher 63.
Der Abgaswärmeübertrager ist als Abgasrohr 64 mit
spiralförmig auf der Außenseite angeordneten Rippen 65 ausgebildet.
Zwischen den Rippen ist eine ebenfalls spiralförmig ausgebildete,
berippte Rohrschlange 66 angeordnet, in welcher zur Auskoppelung
von Adsorptionswärme ein Wärmeträgerfluid,
vorzugsweise das Kühlmittel strömt, welches über
Leitungsabschnitte 67 zu- und abgeführt wird.
Die Rippen 65 und die berippte Rohrschlange 66 bilden
Zwischenräume, welche mit einer Schüttung aus
Zeolithkugeln 68 oder -granulat ausgefüllt sind.
Alternativ zu dem hier dargestellten kombinierten Abgaswärmeübertrager/Adsorptionswärmespeicher 63 können – wie
dies in den nachfol genden 17a, 17b dargestellt ist – Wärmeübertrager und
Wärmespeicher räumlich voneinander getrennt werden.
Die Zeolith-Schüttung 68 ist in einem nicht näher
dargestellten gasdicht verschlossenen Behälter 69 angeordnet,
welcher lediglich einen Kanal 70 für die Zuleitung
von Wasserdampf aufweist. Der Kanal 70 ist am anderen Ende
mit einer Verdampfer/Kondensator-Einheit 71 verbunden,
welche einen Wärmeübertrager 72 mit einem
Vorlauf 72a und einem Rücklauf 72b sowie
eine Wasservorlage 73 aufweist. Im Kanal 70 kann
ein Absperrventil 74 (als Option) angeordnet sein, durch
welches die Verbindung zwischen dem Behälter 69 und
der Verdampfer/Kondensator-Einheit 71 unterbrochen oder
geöffnet werden kann.
-
Die
kombinierte Wärmeübertrager/Wärmespeicher-Vorrichtung 63 arbeitet
wie folgt: Das über das Abgasrohr 64 strömende
Abgas erwärmt über die Rippen 65 das
Adsorbens Zeolith, wodurch Wasserdampf ausgetrieben wird (Desorption). Über
den Kanal 70 gelangt bei geöffnetem Absperrventil 74 der Wasserdampf
in die Einheit 71, wo er kondensiert – das Kondensat
sammelt sich am Boden der Einheit 71 als Wasservorlage 73.
Die frei werdende Kondensationswärme wird über
den Rücklauf 72b des Wärmeübertragers 72 abgeführt.
Nach der Kondensationsphase wird das Wasser unter Wärmezufuhr über den
Vorlauf 72a verdampft und als Wasserdampf über
den Kanal 70 dem Adsorbens Zeolith zugeführt. Infolge
der Adsorption des Wasserdampfes durch das Adsorbens 68 wird
Adsorptionswärme frei, welche über das Kühlmittel
in der Rohrschlange 66 abgeführt wird.
-
17a und 17b zeigen
die Einbindung bzw. Verschaltung eines Adsorptions-Wärmespeichers,
der vom Abgaswärmeübertrager getrennt ist, in
ein Kraftfahrzeug. 17a zeigt eine Schaltungsanordnung 75,
die auf den zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen 56, 1 basiert,
wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet
werden. Die Schaltungsanordnung 75 gemäß 17a zeigt den Betriebsmodus: „Standheizung",
wobei eine Entladung des Adsorptions-Wärmespeichers stattfindet. Der
dritte Fluid strom, hier mit der Bezugszahl 76 bezeichnet
und in seiner Strömungsrichtung durch Pfeile gekennzeichnet,
tritt zweimal in die Sorptionseinrichtung 12 ein, nämlich
das erste Mal in den Desorberbereich 12b und das zweite
Mal in den Adsorberbereich 12a. In den dritten Fluidkreislauf 76 sind
folgende zusätzlichen Komponenten eingeschaltet: ein Adsorptionswärmespeicher 77 mit
kühlmittelführender Rohrschlange 78,
ein weiteres 4/2-Wegeventil 79, auch Mehrwegeventil 79 genannt,
ein Kondensator/Verdampfer-Wärmeübertrager 80,
kurz Wasserverdampfer 80 genannt, welcher über
einen Dampfkanal 81 mit dem Adsorbens des Adsorptions-Wärmespeichers 77 verbunden
ist. Der Adsorptions-Wärmespeicher 77 mit Rohrschlange 78 sowie
der Wasserverdampfer 80 mit Dampfkanal 81 entsprechen funktionell
dem Ausführungsbeispiel gemäß 16.
-
Im
dargestellten Betriebsmodus strömt das Kühlmittel
aufgrund der Stellung des Mehrwegeventils 79 durch den
Rückkühler 20 und anschließend durch
den Wasserverdampfer 80, wodurch eine Verdampfung bewirkt
wird. Der Wasserdampf gelangt über den Kanal 81 in
den Adsorptions-Wärmespeicher 77, wo infolge der
Adsorption des Wasserdampfes durch das Adsorbens Adsorptionswärme
frei wird, welche über die Rohrschlange 78 an
das Kühlmittel abgegeben wird, d. h. der Adsorptions-Wärmespeicher 77 wird
entladen. Die freigewordene Adsorptionswärme wird aufgrund
der Stellung des Mehrwegeventils 59 dem Desorptionsbereich 12b der
Sorptionseinrichtung 12 zugeleitet. Die Beheizung der Fahrerkabine 2 erfolgt über
den im Kondensatorbereich 12d aufgeheizten ersten Luftstrom 13, welcher über
die Umschaltklappe 24 – bei inaktivem Heizkörper 25 – als
Warmluft in die Fahrerkabine 2 gelangt.
-
17b zeigt die Schaltungsanordnung 75 für
den Betriebsmodus: „Heizung während der Fahrt",
wobei eine Beladung des Adsorptions-Wärmespeichers stattfindet.
Aufgrund der veränderten Stellung der beiden Mehrwegeventile 59, 79 wird
der Adsorptions-Wärmespeicher 77 in umgekehrter Richtung vom
Kühlmittel des dritten Fluidkreislaufes 76 durchströmt.
Der Abgaswärmeübertrager 10 ist jetzt
in den dritten Fluidkreislauf 76 einbezogen, sodass das
Kühlmittel durch Abgaswärme erwärmt wird,
die dem Adsorptions-Wärmespeicher 77 als Desorptionswärme
zugeführt wird. Dabei wird das an das Adsorbens Zeolith
gebundene Wasser bei hohem Dampfdruck desorbiert, gelangt als Wasserdampf über
den Dampfkanal 81 in den Kondensator/Verdampfer-Wärmeübertrager 80,
wo eine Kondensation des Wasserdampfes stattfindet. Durch Schließen
eines Absperrventils in der Dampfleitung 81 (vgl. 16,
Bezugsziffer 74) kann der beladene Zustand des Wärmespeichers 77 verlustlos über
eine beliebige Zeitdauer aufrechterhalten werden. Im Extremfall
kann die Zeolith-Schüttung im Wärmespeicher 77 dabei
sogar vollkommen auskühlen, weshalb eine thermische Isolierung
nicht notwendig ist.
-
Im
Entladungsfall wird das Absperrventil im Dampfkanal 81 geöffnet,
wodurch Wasserdampf vom Verdampfer 80 in die Zeolith-Schüttung
strömt und diese durch Freisetzung der Adsorptionswärme
stark erhitzt. Diese Wärme kann durch die kühlmitteldurchströmte
Rohrschlange 78 ausgekoppelt und der kontinuierlich arbeitenden
Sorptionseinrichtung 12 zugeführt werden. Der
sich abkühlende Wasserverdampfer 80 entzieht dem
Kühlmittel nach dem Rückkühler 20 die
benötigte Verdampfungswärme. Durch die weitere
Abkühlung des Kühlmittels im Wasserverdampfer 80 werden
die Kälteleistung und die Leistungszahl der kontinuierlich
arbeitenden Sorptionseinrichtung 12 erhöht. Diese
Schaltung entspricht damit einer Kaskadenschaltung von zwei Adsorptionskältemaschinen.
-
In
weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen können
auch andere Wärmequellen in das System zum Antrieb der
Sorptionseinrichtung (Adsorptions-Wärmepumpe, Adsorptionskältemaschine) eingebunden
werden. Insbesondere sind das stromerzeugende Komponenten wie Mikro-Gasturbinen- oder
Brennstoffzellen-Hilfsaggregate, insbesondere Hilfsaggregate mit
Hochtemperatur-Brennstoffzellen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19818807
A1 [0002, 0031]
- - WO 2007/068481 A1 [0003]
- - DE 102006059504 A1 [0003, 0031]