DE102007051868A1

DE102007051868A1 - Absorptionskühlverfahren und -kälteanlage

Info

Publication number: DE102007051868A1
Application number: DE102007051868A
Authority: DE
Inventors: Sebastien Urban; Manfred Schmitt; Miroslaw Brzoza; Henrick Brandes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-05-07
Also published as: FR2928443A1; CN101424460A

Abstract

Bei einer Verbrennungskraftmaschine (2) mit einer Absorptionskälteanlage (1), umfassend einen Desorber (5), einen Verflüssiger (6), einen Verdampfer (7), einen Absorber (8), ein Kältemittel (9) und ein Lösungsmittel (10), Verbindungsleitungen (11) zur Herstellung eines Kälte- und/oder Lösungsmittelkreislaufes zwischen Desorber (5), Verflüssiger (6), Verdampfer (7) und Absorber (8), soll ohne Verwendung von kinetischer Energie, d. h. Absenkung des Wirkungsgrades der Verbrennungskraftmaschine (2), Wasser zur Verbesserung der Verbrennung gewonnen werden können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Verdampfer (7) und/oder Desorber (5) thermisch mit einer Abgasleitung (16) der Verbrennungskraftmaschine (2) verbunden ist, um das durch die Abgasleitung (16) strömende Abgas (14) abzukühlen und dadurch Kondenswasser (12) zu gewinnen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Absorptionskühlverfahren mit folgenden Schritten: Erwärmen eines Lösungsmittels und eines Kältemittels in einem Desorber, wobei das Kältemittel vom Lösungsmittel absorbiert ist, Desorption des Kältemittels vom Lösungsmittel im Desorber, Verdampfen des Kältemittels im Desorber, Leiten des Kältemitteldampfes von dem Desorber in einen Verflüssiger, Abkühlen und Verflüssigen des Kältemitteldampfes im Verflüssiger, Leiten des Kältemittels in einen Verdampfer, Erwärmen und Verdampfen des Kältemittels im Verdampfer, Leiten des Kältemitteldampfes aus dem Verdampfer in den Absorber, Leiten von Lösungsmittel aus dem Desorber in den Absorber, Absorption des Kältemitteldampfes durch das Lösungsmittel im Absorber, Leiten von Lösungsmittel und Kältemittel aus dem Absorber in den Desorber, wobei das Lösungsmittel das Kältemittel absorbiert hat. Außerdem betrifft die Erfindung eine Absorptionskälteanlage, umfassend einen Desorber, einen Verflüssiger, einen Verdampfer, einen Absorber, ein Kältemittel und ein Lösungsmittel, Verbindungsleitungen zur Herstellung eines Kälte- und/oder Lösungsmittelkreislaufes zwischen Desorber, Verflüssiger, Verdampfer und Absorber. Die Erfindung betrifft ferner eine Verbrennungskraftmaschine und ein Personen- und Nutzfahrzeug.
Stand der Technik
In Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen, beispielsweise ein Otto-, Diesel- oder Gasmotor, kann Wasser zur Verbesserung der Verbrennung verwendet werden, z. B. durch Einspritzung des Wassers in den Brennraum oder in das Ansaugsystem und Zugabe von Kondenswasser zum Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, in die Kraftstoffleitung unmittelbar vor einer Einspritzpumpe. Dies ermöglicht die Emissionswerte, z. B. Partikel oder NO_x-Emissionen, zu senken und den spezifischen Wirkungsgrad zu erhöhen, so dass Kraftstoff eingespart werden kann.
Um die Verbrennung in mobilen Personen- und Nutzfahrzeuge mit einer Verbrennungskraftmaschine durch Wasser zu verbessern wird ständig Wasser benötigt. Zur Gewinnung von Wasser als Kondenswasser aus der Luft in einem Personen- und Nutzfahrzeug konnte bisher die Kompessorklimaanlage verwendet werden, deren Kompressor oder Verdichter von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Der ständige Betrieb der Kompressorklimaanlage zur Gewinnung von Kondenswasser führt jedoch zu einer Absenkung des Wirkungsgrades, weil die von der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestellte kinetische Energie teilweise zum Antrieb des Kompressors oder Verdichters genutzt wird.
Des Weiteren ist noch der Einsatz eines Zusatztanks mit Wasser in einem Personen- und Nutzfahrzeug möglich, deren Wasser zur Verbesserung der Verbrennung verwendet wird. Nachteilig ist hierbei, dass im Winter das Problem des Frostschutzes auftritt. Der Zusatztank mit Wasser stellt außerdem ein Zusatzgewicht dar, das die Verbrauchswerte erhöht und ein ständiges, für den Fahrer umständliches Nachfüllen des Zusatztanks erforderlich ist.
Aufgabe
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Kühlverfahren, eine Kälteanlage, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Personen- und Nutzfahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei der ohne Verwendung der von der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestellten kinetischen Energie, d. h. Absenkung des Wirkungsgrades der Verbrennungskraftmaschine, Wasser zur Verbesserung der Verbrennung gewonnen werden kann. Des Weiteren soll für den Benutzer eines Personen- und Nutzfahrzeuges kein zusätzlicher umständlicher Unterhaltsaufwand zum Nachfüllen des Zusatztankes notwendig sein.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Absorptionskühlverfahren mit folgenden Schritten: Erwärmen eines Lösungsmittels und eines Kältemittels in einem Desorber, wobei das Kältemittel vom Lösungsmittel absorbiert ist, Desorption des Kältemittels vom Lösungsmittel im Desorber, Verdampfen des Kältemittels im Desorber, Leiten des Kältemitteldampfes von dem Desorber in einen Verflüssiger, Abkühlen und Verflüssigen des Kältemitteldampfes im Verflüssiger, Leiten des Kältemittels in einen Verdampfer, Erwärmen und Verdampfen des Kältemittels im Verdampfer, Leiten des Kältemitteldampfes aus dem Verdampfer in den Absorber, Leiten von Lösungsmittel aus dem Desorber in den Absorber, Absorption des Kältemitteldampfes durch das Lösungsmittel im Absorber, Leiten von Lösungsmittel und Kältemittel aus dem Absorber in den Desorber, hierbei hat das Lösungsmittel das Kältemittel absorbiert, wobei das Kältemittel im Verdampfer und/oder das Lösungs- und Kältemittel im Desorber vom Abgas einer Verbrennungskraftmaschine erwärmt wird, so dass das Abgas abkühlt und aus dem abgekühlten Abgas Wasser kondensiert zur Gewinnung von Wasser. Die Abwärme des Abgases kann somit zur Kühlung des Abgases genutzt werden, so dass – ohne Verwendung von kinetischer Energie – aus dem Abgas Kondenswasser gewonnen werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Erwärmen des Lösungsmittels und des Kältemittels im Desorber in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Erwärmen des Kältemittels im Verdampfer durchgeführt.
Vorzugsweise wird das aus dem Abgas kondensierte Wasser in einem Wassersammler gesammelt. Das im Wassersammler vorhandene Kondenswasser kann damit einfach gespeichert werden, um es anschließend der Verwendung, z. B. zur Verbesserung der Verbrennung einer Verbrennungskraftmaschine, zuzuführen.
In einer ergänzenden Ausführungsform wird vor oder während der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine das gesamte Kälte- und Lösungsmittel in den Absorber gepumpt wird, damit das Abgas nicht am Desorber vom Lösungs- und Kältemittel abgekühlt wird. Damit ist der Desorber während der Warmlaufphase leer, so dass dem Abgas bei einer Anordnung des Desorbers in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator keine Wärme durch den Desorber entzogen wird, um den Katalysator in der Warmlaufphase möglichst schnell auf Betriebstemperatur zu erwärmen.
In einer weiteren Ausgestaltung strömt oder diffundiert im Desorber das dampfförmige Kältemittel durch eine teildurchlässige Desorbermembrane, wobei die Desorbermembrane zwischen der flüssigen Phase aus Kältemittel und Lösungsmittel und der gasförmigen Phase aus dem Kältemittel angeordnet ist, so dass der Kältemitteldampf von der flüssigen Phase durch die Desorbermembrane in die gasförmige Phase strömt oder diffundiert.
In einer zusätzlichen Ausführungsform strömt oder diffundiert im Absorber das dampfförmige Kältemittel durch eine Absorbermembrane und das flüssige Lösungsmittel strömt oder diffundiert in die Absorbermembrane,
Zweckmäßig ist die Absorbermembrane zwischen der flüssigen Phase aus Kältemittel und Lösungsmittel und der gasförmigen Phase aus Kältemittel angeordnet, so dass das dampfförmige Kältemittel in der Absorbermembrane vom Lösungsmittel absorbiert wird.
Vorzugsweise ist das Kältemittel Wasser und das Lösungsmittel Lithiumbromid oder das Kältemittel ist Ammoniak und das Lösungsmittel Wasser.
Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einer Absorptionskälteanlage, umfassend einen Desorber, einen Verflüssiger, einen Verdampfer, einen Absorber, ein Kältemittel und ein Lösungsmittel, Verbindungsleitungen zur Herstellung eines Kälte- und/oder Lösungsmittelkreislaufes zwischen Desorber, Verflüssiger, Verdampfer und Absorber, wobei der Verdampfer und/oder Desorber thermisch mit einer Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, um das durch die Abgasleitung strömende Abgas abzukühlen und dadurch Kondenswasser zu gewinnen.
Zweckmäßig ist in der Abgasleitung ein Wassersammler zur Aufnahme des Kondenswassers ausgebildet.
Insbesondere ist der Desorber in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Verdampfer thermisch mit der Abgasleitung verbunden und/oder ein Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases zwischen dem Desorber und dem Verdampfer in der Abgasleitung angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Verdampfer, vorzugsweise koaxial, wenigstens teilweise um die Abgasleitung angeordnet. Dadurch wird wenig Raum bzw. Platz für den Verdampfer benötigt und die gesamte Oberfläche der Abgasleitung wird im vom Verdampfer umgebenen Bereich zur Ableitung der Abwärme genutzt.
Vorzugsweise sind Verflüssiger und/oder Absorber, vorzugsweise koaxial, wenigstens teilweise um den Verdampfer angeordnet und/oder durch eine Isolationsschicht thermisch gegen den Verdampfer isoliert. Verflüssiger und Absorber nehmen damit wenig Raum bzw. Platz ein.
Zweckmäßig ist der Verflüssiger oberhalb des Verdampfers und der Verdampfer oberhalb des Absorbers angeordnet ist, um das bessere Abfließen des Kältemittels vom Verflüssiger in den Verdampfer und vom Verdampfer in den Absorber zu ermöglichen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Absorber dahingehend ausgelegt, dass er das gesamte Lösungsmittel und Kältemittel aufnehmen kann. In einer Warmlaufphase kann damit der Desorber geleert werden, so dass der Desorber keine Wärme aus dem Abgas aufnimmt.
Vorzugsweise ist mittels einer Lösungsmittelpumpe das Kältemittel und Lösungsmittel vom Absorber in den Desorber pumpbar.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Pumpe reversibel betreibbar oder mittels eines Umschaltventils die Förderrichtung der Pumpe umkehrbar, so dass das Kältemittel und Lösungsmittel vom Desorber in den Absorber pumpbar ist. Damit kann während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors der Desorber vollständig geleert werden.
Insbesondere sind der Desorber als ein Membrandesorber und/oder der Absorber als ein Membranabsorber ausgeführt. Damit können der Desorber und/oder Absorber sehr kompakt ausgeführt werden.
Zweckmäßig ist mit der Absorptionskälteanlage ein oben beschriebenes Verfahren ausführbar.
Die Aufgabe wird ferner mit einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, z. B. Otto-, Diesel- oder Gasmotor, gelöst, wobei die Verbrennungskraftmaschine eine oben beschriebene Absorptionskälteanlage umfasst und/oder mit der Verbrennungskraftmaschine ein oben beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
Insbesondere wird das aus dem Abgas gewonnene Kondenswasser zur Verbesserung der Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine genutzt. Die Verbrennung wird beispielsweise durch Einspritzung des Kondenswassers in den Brennraum und/oder durch Einspritzung des Kondenswassers in das Ansaugsystem und/oder durch Zugabe von Kondenswasser zum Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, in die Kraftstoffleitung vorzugweise unmittelbar vor der Einspritzpumpe und/oder durch Zugabe des Kondenswassers zum Kraftstoff zur Bildung einer Emulsion aus Kondenswasser und Kraftstoff verbessert.
In einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, wird das aus dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine gewonnene Kondenswasser zur Verbesserung der Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine genutzt. Aus dem Abgas gewonnenes Kondenswasser wird somit, unabhängig davon auf welche Art und Weise das Kondenswasser aus dem Abgas gewonnen worden ist, zur Verbesserung der Verbrennung genutzt.
Zweckmäßig wird das Kondenswasser zum Bauteileschutz gegen Überhitzung durch Wassereinspritzung genutzt.
Außerdem wird die Aufgabe mit einem Personen- oder Nutzfahrzeug gelöst, wobei das Personen- oder Nutzfahrzeug eine oben beschriebene Verbrennungskraftmaschine umfasst und/oder eine oben beschriebene Absorptionskälteanlage umfasst und/oder mit dem Personen- oder Nutzfahrzeug ein oben beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Kondenswasser für die Scheiben- und/oder Scheinwerferreinigung verwendet.
Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein oben beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein oben beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen schematischen Längsschnitt einer Absorptionskälteanlage,
2 einen schematischen Querschnitt einer Anordnung eines Verdampfers, eines Verflüssigers und eines Absorbers um eine Abgasleitung,
3 einen schematischen Querschnitt eines Membrandesorbers,
4 einen schematischen Querschnitt eines Membranabsorbers und
5 eine schematisierte Ansicht eines Personenfahrzeuges.
In 1 ist ein stark schematisierter Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Absorptionskälteanlage 1 dargestellt. Absorptionskälteanalagen 1 ermöglichen es, mit dem Einsatz von Wärmeenergie Kälte zu erzeugen. In einem Kreislaufsystem werden ein Kältemittel und ein Lösungsmittel eingesetzt. Als Kältemittel 9 kommt beispielsweise Wasser in Betracht, das von Lithiumbromid als Lösungsmittel 10 absorbiert wird. Des Weiteren wird auch Ammoniak als Kältemittel 9 verwendet, das von Wasser als Lösungsmittel 10 absorbiert wird. Das Kältemittel 9 und Lösungsmittel 10 wird auch als Arbeitspaar bezeichnet.
Die Absorptionskälteanlage 1 ist an der Abgasleitung 16 zur Ableitung von Abgas 14 einer Verbrennungskraftmaschine 2, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 3, angeordnet. In der Abgasleitung 16 ist ein Katalysator 15 und ein Wassersammler 13 zur Aufnahme von Kondenswasser 12 ausgebildet. In Strömungsrichtung des Abgases 14 befindet sich vor dem Katalysator 15 ein Desorber 5. Der Desorber 5 ist thermisch mit der Abgasleitung 16 verbunden, so dass das heiße Abgas 14 das im Desorber 5 befindliche Lösungsmittel 10 und Kältemittel 9 erwärmt.
Das Kältemittel 9 ist im Desorber 5 zunächst vom Lösungsmittel 10 absorbiert und erst durch das Erwärmen des Arbeitspaares wird das Kältemittel 9 vom Lösungsmittel 10 desorbiert, d. h. getrennt. Anschließend kann das Kältemittel 9 im Desorber 5 verdampfen und das dampfförmige Kältemittel 9 strömt durch eine Verbindungsleitung 11 zum Verflüssiger 6. Zwischen Desorber 5 und Verflüssiger 6 ist in der Verbindungsleitung 11 vorzugsweise ein Flüssigkeitsabscheider (nicht dargestellt) angeordnet, der die im Desorber 5 verdampften Reste an Lösungsmittel 10 von dem Kältemittel 9 trennt. Auf der Außenseite des Verflüssigers 6 sind Kühlkörper 18 angebracht, um die im Verflüssiger 6 entstehende Wärme abzuleiten. Ein rohrförmiger Verdampfer 7 ist koaxial um die Abgasleitung 16 ausgebildet und thermisch mit dieser verbunden. Der Verdampfer 7 ist durch eine Isolationsschicht 21 thermisch gegen den Verflüssiger 6 isoliert. Durch Regelventile 19 wird das flüssige Kältemittel 9 auf den der gewünschten Temperatur in den Verdampfer 7 entsprechenden Verdampfungsdruck entspannt und anschließend in den Verdampfer 7 geleitet. In dem Verdampfer 7 wird das flüssige Kältemittel 9 verdampft, wobei die hierfür notwendige Wärme dem Abgas 14 in der Abgasleitung 16 entzogen wird, so dass das Abgas 14 abkühlt. Im abgekühlten Abgas 14 kondensiert Kondenswasser 12 aus, das im Wassersammler 13 gesammelt wird. Vom Wassersammler 13 wird das Kondenswasser 12 durch eine Kondenswasserleitung 26 zur Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 3 geleitet und dort zur Verbesserung der Verbrennung genutzt, indem z. B. Kondenswasser 12 in den Brennraum der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.
Das dampfförmige Kältemittel 10 wird durch Verbindungsleitungen 11 in einen Absorber 8 geleitet. Das Lösungsmittel 10 wird aus dem Desorber 5 durch eine Verbindungsleitung 11 in den Absorber 8 geleitet. In dieser Verbindungsleitung 11 zwischen Desorber 5 und Absorber 8 wird in einem nicht dargestellten Entspannungsventil das Lösunsmittel 10 auf den Druck im Absorber 8 entspannt. Im Absorber 8 wird das Kältemittel 9 vom Lösungsmittel 10 absorbiert.
In einer weiteren Verbindungsleitung 11 mit einer Pumpe 17 wird das Lösungsmittel 10 und Kältemittel 9, wobei das Kältemittel 9 vom Lösungsmittel 10 absorbiert ist, mittels der Pumpe 17 aus dem Absorber 8 in den Desorber 5 gepumpt, so dass der Kreislauf damit geschlossen ist. Im Absorber 8 wird das Kältemittel 9 nicht vollständig vom Lösungsmittel 10 absorbiert, sondern lediglich der vom Lösungsmittel 10 absorbierte Anteil des Kältemittels 9 erhöht. Umgekehrt wird im Desorber 5 das Kältemittel 9 nicht vollständig vom Lösungsmittel 10 desorbiert. In der Verbindungsleitung 11, durch welche Lösungsmittel 10 vom Desorber 5 zum Absorber 8 geleitet wird, ist somit Kältemittel 9 vorhanden, das vom Lösungsmittel 10 absorbiert ist. Es handelt sich somit beim Kreislauf zwischen Desorber 5 und Absorber 8 um einen Kreislauf mit Lösungsmittel 10, das mehr oder wenig Kältemittel 9 absorbiert hat.
Außerdem sind auf der Außenseite des Absorbers 8 Kühlkörper 18 ausgebildet, um die im Absorber 8 frei werdende Wärme an die Umgebung besser abgeben zu können. In einem nicht dargestellten Wärmeaustauscher gibt das aus dem Desorber 5 in den Absorber 8 durch die Verbindungsleitung 11 strömende heiße Lösungsmittel 10 Wärme an das durch die Verbindungsleitung 11 mit Pumpe 17 vom Absorber 8 zum Desorber 5 strömende Arbeitspaar aus Kältemittel 9 und Lösungsmittel 10 ab, so dass das Arbeitspaar im Desorber 5 weniger stark erhitzt werden muss.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt der koxialen Anordnung des Verdampfers 7, des Verflüssigers 6 und des Absorbers 8 um die Abgasleitung 16 in einer ersten Ausführungsvariante. Der Verdampfer 7 aus einem Rohr 20 ist koxial um die Abgasleitung 16 angeordnet, so dass der Verdampfer 7 innenseitig von der Abgasleitung 16 und außenseitig von dem Rohr 20 begrenzt ist. Im Verdampfer 7 befindet sich Kältemittel 9. Der Verflüssiger 6 ist als koaxialer Halbkreis um den Verdampfer 7 angeordnet, jedoch nur im Bereich der oberen Hälfte. Der Absorber 8 ist ebenfalls als koaxialer Halbkreis um den Verdampfer 7 angeordnet, jedoch nur im Bereich der unteren Hälfte. Das Kältemittel 9 strömt durch Ablaufbohrungen 22 vorzugsweise mit Regelventilen 19 (nicht dargestellt) vom Verflüssiger 6 in den Verdampfer 7 und vom Verdampfer 7 in den Absorber 8. Die Ablaufbohrungen 22 sind entsprechend positioniert, insbesondere dahingehend an der tiefsten Stelle des Verflüssigers 6, dass das gesamte Kältemittel 9 in den Verdampfer 7 fließen kann. Zwischen dem Verdampfer 7 und dem Verflüssiger 6 sowie Absorber 8 ist die Isolationsschicht 21 vorhanden. Der Verdampfer 7, der Verflüssiger 6 und der Absorber 8 werden durch entsprechende Rohre 20 gebildet. Die Rohre 20 haben eine relativ geringe Länge, beispielsweise im Bereich von 0,2 bis 1,0 m, so dass es sich um ein kompaktes Modul handelt, das um die Abgasleitung 16 angeordnet ist. Diese koaxiale Anordnung des Verdampfers 7, des Verflüssigers 6 und des Absorbers 8 um die Abgasleitung 16 ermöglichen eine Realisierung als kompaktes, in den Abmessungen kleines Modul. Dadurch wird in einem Personen- oder Nutzfahrzeug 4 wenig Raum benötigt. Die Verbindungsleitungen 11 zwischen Desorber 5 und Verflüssiger 6 sowie zwischen Desorber 5 und Absorber 8 sind in 2 nicht dargestellt.
Der in 3 dargestellte Membrandesorber 23 ist mit einer Desorbermembrane 25 aus vorzugsweise Kunststoff versehen. Die Desorbermembrane 25 hat die Eigenschaft, dass diese nur für dampfförmiges Kältemittel 9 durchlässig ist, nicht jedoch für Lösungsmittel 10. Unterhalb der Desorbermembrane 25 befindet sich das Arbeitspaar aus Kältemittel 9 und Lösungsmittel 10. Das Kältemittel 9 ist vom Lösungsmittel 10 absorbiert. Das Erhitzen des Arbeitspaares mittels des durch die Abgasleitung 16 strömenden heißen Abgases 14 bewirkt, dass das Kältemittel 9 vom Lösungsmittel 10 desorbiert wird. Anschließend verdampft das Kältemittel 9 und das dampfförmige Kältemittel 9 diffundiert durch die Desorbermembrane 25 und strömt in die Verbindungsleitung 11. Die Desorbermembrane 25 bewirkt, dass in die Verbindungsleitung 11 nur dampfförmiges Kältemittel 9 gelangt, so dass in der Verbindungsleitung 11 zwischen Membrandesorber 23 und Verflüssiger 6 kein Flüssigkeitsabscheider erforderlich ist (nicht dargestellt) wie in der Ausführungsform gemäß 1. Dadurch kann die Absorptionskälteanlage 1 kompakter aufgebaut werden.
In einem in 4 dargestellten Membranabsorber 24 ist eine Absorbermembrane 27 aus vorzugsweise Kunststoff vorhanden. In dem Membranabsorber 24 strömt in den Bereich oberhalb der Absorbermembrane 27 durch die Verbindungsleitung 11 dampfförmiges Kältemittel 9 ein. Unterhalb der Absorbermembrane 27 wird Lösungsmittel 10 in den Membranabsorber 24 eingeleitet. Das dampfförmige Kältemittel 9 diffundiert von oben nach unten durch die Absorbermembrane 27 und das Lösungsmittel 10 diffundiert von unten nach oben in die Absorbermembrane 27. In der Absorbermembrane 27 tritt durch eine Vielzahl von sehr kleinen Kanälen eine Vergrößerung der Oberfläche des Lösungsmittels 10 auf, so dass die Absorption des dampfförmigen Kältemittels 9 durch das Lösungsmittel 10 verbessert wird. Das Lösungsmittel 10 und Kältemittel 9, wobei das Kältemittel 9 vom Lösungsmittel 10 im Wesentlichen in der Absorbermembrane 27 absorbiert wurde, strömt durch eine Verbindungsleitung 11 unten aus dem Membranabsorber 24 aus. Ein Membranabsorber 24 hat gegenüber einem herkömmlichen Absorber 8 mit einer Berieselung oder Zerstäubung des flüssigen Lösungsmittels 10 zur Absorption des dampfförmigen Kältemittels 9 den Vorteil, dass die Abmessungen kleiner sind, so dass die Absorptionskälteanlage 1 dadurch kompakter wird.
In 5 ist in stark schematisierter Form ein Personen- oder Nutzfahrzeug 4 mit einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 3 dargestellt.
Insgesamt betrachtet ermöglicht die erfindungsgemäße Absorptionskälteanlage 1 die bisher ungenutzte Abwärme aus dem Abgas 14 einer Verbrennungskraftmaschine 2 zur Kühlung des Abgases 14 zu nutzen, so dass Kondenswasser 12 aus dem Abgas 14 gewonnen werden kann. Das Kondenswasser 12 kann insbesondere zur Verbesserung der Verbrennung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine 2 genutzt werden, so dass die Emissionen reduziert werden können und der spezifische Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann. In einem erfindungsgemäßen Personen- oder Nutzfahrzeug 4 können diese Vorteile genutzt werden, ohne dass ein umständliches Nachfüllen eines Zusatztankes mit Wasser erforderlich ist oder eine Kompressorklimaanlage kinetische Energie entnimmt. Des Weiteren kann das gewonnene Kondenswasser 12 auch für die Scheiben- und Scheinwerferreinigung verwendet werden.

Claims

Absorptionskühlverfahren mit folgenden Schritten: – Erwärmen eines Lösungsmittels (10) und eines Kältemittels (9) in einem Desorber (5), wobei das Kältemittel (9) vom Lösungsmittel (10) absorbiert ist, – Desorption des Kältemittels (9) vom Lösungsmittel (10) im Desorber (5), – Verdampfen des Kältemittels (9) im Desorber (5), – Leiten des dampfförmigen Kältemittels (9) von dem Desorber (5) in einen Verflüssiger (6), – Abkühlen und Verflüssigen des dampfförmigen Kältemittels (9) im Verflüssiger (6), – Leiten des Kältemittels (9) in einen Verdampfer (7), – Erwärmen und Verdampfen des Kältemittels (9) im Verdampfer (7), – Leiten des dampfförmigen Kältemittels (9) aus dem Verdampfer (7) in den Absorber (8), – Leiten von Lösungsmittel (10) aus dem Desorber (5) in den Absorber (8), – Absorption des dampfförmigen Kältemittels (9) durch das Lösungsmittel (10) im Absorber (8), – Leiten von Lösungsmittel (10) und Kältemittel (9) aus dem Absorber (8) in den Desorber (5), wobei das Lösungsmittel (10) das Kältemittel (9) absorbiert hat, dadurch gekennzeichnet, dass – das Kältemittel (9) im Verdampfer (7) und/oder das Lösungsmittel (10) und Kältemittel (9) im Desorber (5) vom Abgas (14) einer Verbrennungskraftmaschine (2) erwärmt wird, so dass das Abgas (14) abkühlt und – aus dem abgekühlten Abgas (14) Kondenswasser (12) kondensiert zur Gewinnung von Wasser.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des Lösungsmittels (10) und des Kältemittels (9) im Desorber (5) in Strömungsrichtung des Abgases (14) vor dem Erwärmen des Kältemittels (9) im Verdampfer (7) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Abgas (14) kondensierte Kondenswasser (12) in einem Wassersammler (13) gesammelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine (2) das gesamte Kältemittel (9) und Lösungsmittel (10) in den Absorber (8) gepumpt wird, damit das Abgas (14) nicht am Desorber (5) Lösungsmittel (10) und Kältemittel (9) abgekühlt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Desorber (5) das dampfförmige Kältemittel (9) durch eine teildurchlässige Desorbermembrane (25) strömt oder diffundiert, wobei die Membrane (25) zwischen der flüssigen Phase aus Kältemittel (9) und Lösungsmittel (10) und der gasförmigen Phase aus dem Kältemittel (9) angeordnet ist, so dass das dampfförmige Kältemittel (9) von der flüssigen Phase durch die Membrane (25) in die gasförmige Phase strömt oder diffundiert.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Absorber (8) das dampfförmige Kältemittel (9) durch eine Absorbermembrane (27) strömt oder diffundiert und das flüssige Lösungsmittel (10) in die Absorbermembrane (27) strömt oder diffundiert.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorbermembrane (27) zwischen der flüssigen Phase aus Kältemittel (9) und Lösungsmittel (10) und der gasförmigen Phase aus Kältemittel (9) angeordnet ist, so dass das dampfförmige Kältemittel (9) in der Absorbermembrane (27) vom Lösungsmittel (10) absorbiert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel (9) Wasser und das Lösungsmittel (10) Lithiumbromid ist oder das Kältemittel (9) Ammoniak und das Lösungsmittel (10) Wasser ist.
Absorptionskälteanlage (1), umfassend – einen Desorber (5), – einen Verflüssiger (6), – einen Verdampfer (7), – einen Absorber (8), – ein Kältemittel (9) und ein Lösungsmittel (10), – Verbindungsleitungen (11) zur Herstellung eines Kälte- und/oder Lösungsmittelkreislaufes zwischen Desorber (5), Verflüssiger (6), Verdampfer (7) und Absorber (8), dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (7) und/oder Desorber (5) thermisch mit einer Abgasleitung (16) einer Verbrennungskraftmaschine (2) verbunden ist, um das durch die Abgasleitung (16) strömende Abgas (14) abzukühlen und dadurch Kondenswasser (12) zu gewinnen.
Absorptionskälteanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasleitung (16) ein Wassersammler (13) zur Aufnahme des Kondenswassers (12) ausgebildet ist.
Absorptionskälteanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorber (5) in Strömungsrichtung des Abgases (14) vor dem Verdampfer (7) thermisch mit der Abgasleitung (16) verbunden ist und/oder ein Katalysator (15) in Strömungsrichtung des Abgases (14) zwischen dem Desorber (5) und dem Verdampfer (7) in der Abgasleitung (16) angeordnet ist.
Absorptionskälteanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (7), vorzugsweise koaxial, wenigstens teilweise um die Abgasleitung (16) angeordnet ist.
Absorptionskälteanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Verflüssiger (6) und/oder Absorber (8), vorzugsweise koaxial, wenigstens teilweise um den Verdampfer (7) angeordnet sind und/oder durch eine Isolationsschicht (21) thermisch gegen den Verdampfer (7) isoliert sind.
Absorptionskälteanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verflüssiger (6) oberhalb des Verdampfers (7) und der Verdampfer (7) oberhalb des Absorbers (8) angeordnet ist, um das bessere Abfließen des Kältemittels (9) vom Verflüssiger (6) in den Verdampfer (7) und vom Verdampfer (7) in den Absorber (8) zu ermöglichen.
Absorptionskälteanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (8) dahingehend ausgelegt ist, dass er das gesamte Lösungsmittel (9) und Kältemittel (10) aufnehmen kann.
Absorptionskälteanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Pumpe (17) das Kältemittel (9) und Lösungsmittel (10) aus dem Absorber (8) in den Desorber (5) pumpbar ist.
Absorptionskälteanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (17) reversibel betreibbar ist, so dass das Kältemittel (9) und Lösungsmittel (10) aus dem Desorber (5) in den Absorber (8) pumpbar ist.
Absorptionskälteanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorber (5) als ein Membrandesorber (23) und/oder der Absorber (8) als ein Membranabsorber (24) ausgeführt sind.
Absorptionskälteanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 ausführbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (2), insbesondere Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine (3), dadurch gekennzeichnet, dass – die Verbrennungskraftmaschine (2) eine Absorptionskälteanlage (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 19 umfasst und/oder – ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 ausführbar ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Abgas (14) gewonnene Kondenswasser (12) zur Verbesserung der Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine (2) genutzt wird.
Verbrennungskraftmaschine (2), insbesondere Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine (3), dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abgas (14) der Verbrennungskraftmaschine (2) gewonnenes Kondenswasser (12) zur Verbesserung der Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine (2) genutzt wird.
Personen- oder Nutzfahrzeug (4), dadurch gekennzeichnet, dass – das Personen- oder Nutzfahrzeug (4) eine Verbrennungskraftmaschine (2) nach Anspruch 20 und/oder 21 und/oder 22 umfasst und/oder – eine Absorptionskälteanlage (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 19 umfasst und/oder – ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 ausführbar ist.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.