DE102008037595A1

DE102008037595A1 - Kraftfahrzeug-Wärmespeicher

Info

Publication number: DE102008037595A1
Application number: DE200810037595
Authority: DE
Inventors: Michael Nothen; Joachim Dr. Damasky; Peter Dr. Britz; Werner Zimmermann
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeug-Wärmespeicher zur Speicherung von Energie, die als Abwärme in einem Kraftfahrzeug freigesetzt wird. Der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher weist einen Absorptionskreislauf (4) mit zumindest einem Desorber (6), einem Verdampfer (24) und einem Absorber (26) auf. Der Desorber (6) ist thermisch derart an das Kraftfahrzeug ankoppelbar, dass dem Desorber (6) Abwärme des Kraftfahrzeuges zur Verdampfung eines Kältemittels aus einer Kältemittel-Absorptionsmittel-Mischung zuführbar ist, und der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher weist separate Speicher (16, 20) zur Speicherung von Kältemittel und von mit Absorptionsmittel angereicherter Mischung, die bei der Desorption erhalten wurden, auf. Der Verdampfer (24) ist thermisch derart an mindestens ein Bauteil (46, 48) des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges ankoppelbar, dass im Bereich des Verdampfers (24) bei einer Verdampfung von Kältemittel aufgenommene Wärme dem Bauteil (46, 48) bzw. dem Fluid entziehbar ist, und/oder der Absorber (26) ist thermisch derart an mindestens ein Bauteil (46, 50) des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges ankoppelbar, dass im Bereich des Absorbers (26) bei einer Absorption von Kältemittel freigesetzte Wärme dem Bauteil (46, 50) bzw. dem Fluid zuführbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeug-Wärmespeicher zur Speicherung von Energie, die als Abwärme in einem Kraftfahrzeug freigesetzt wird.
Heutige Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren besitzen einen schlechten Wirkungsgrad im Hinblick auf die effektive Nutzung des jeweils eingesetzten Kraftstoffs für den Antrieb. Ein erheblicher Anteil der Energie des Kraftstoffs geht ungenutzt als Wärme verloren. Näherungsweise wird etwa nur ein Drittel der Energie des Kraftstoffs für den Antrieb genutzt, während die verbleibenden zwei Drittel weitgehend ungenutzt als Wärme freigesetzt werden. Auch bei Kraftfahrzeugen mit alternativen Antriebssystemen, wie beispielsweise mit einem Elektromotor oder mit einem Hybridantrieb besteht eine ähnliche Problematik, nämlich dass freigesetzte Wärme weitgehend ungenutzt bleibt.
Ferner ist im Hinblick auf eine Optimierung des Antriebs eines Kraftfahrzeuges vorteilhaft, wenn einzelne Bauteile des Kraftfahrzeuges, insbesondere Bauteile im Bereich des Antriebs des Kraftfahrzeuges, und/oder Fluide im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges beheizt werden. Besonders vor oder bei dem Starten des Kraftfahrzeug-Motors ist solch ein Beheizen von Bauteilen und/oder Fluiden vorteilhaft, da dadurch möglichst frühzeitig optimale Betriebsbedingungen erreicht werden können. Auf diese Weise werden Verschleißerscheinungen und auch der Kraftstoffverbrauch reduziert. Bei manchen Bauteilen des Kraftfahrzeuges und/oder Fluiden im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges ist umgekehrt erforderlich oder vorteilhaft, dass diese (zumindest bei bestimmten Betriebszuständen) gekühlt werden. Beispielsweise kann der Wirkungsgrad eines Turboladers erheblich gesteigert werden, wenn die zugeführte Ladeluft gekühlt wird. Bei alternativen Antriebssystemen, wie beispielsweise bei Hybridantrieben, ist in der Regel erforderlich, dass die zugehörige Leistungselektronik gekühlt wird.
Ferner ist bei bestimmten Bauteilen und/oder Fluiden eines Kraftfahrzeuges vorteilhaft oder erforderlich, dass diese innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches gehalten werden. Beispielsweise ist der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte, insbesondere bei Hybridantrieben, vorteilhaft. Derartige Lithium-Ionen-Batterien sollten vorzugsweise auf einen Temperaturbereich von im Wesentlichen 0°C bis 40°C, noch be vorzugter im Bereich von im Wesentlichen 18°C bis 25°C gehalten bzw. temperiert werden. Denn bei niedrigeren Temperaturen nimmt die bereitstellbare Leistung von Lithium-Ionen-Batterien stark ab, während bei höheren Temperaturen die Gefahr einer Überhitzung besteht. Bisher sind Lithium-Ionen-Batterien an der Kälteanlage des HVAC-Systems (HVAC: Heater Ventilation Air Conditioning; deutsch: Heizer, Lüfter, Klimatisierung) oder an der Motorkühlung angeschlossen. Als HVAC-System wird dabei die Einrichtung in dem Kraftfahrzeug bezeichnet, durch die über Lüftungskanäle Warmluft und/oder Kaltluft in den Kraftfahrzeug-Innenraum leitbar ist.
Daneben existiert noch eine Vielzahl weiterer Beispiele, wie durch Beheizen und/oder Kühlen einzelner Bauteile des Kraftfahrzeuges und/oder Fluide im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges der Wirkungsgrad des Antriebs gesteigert und/oder Verschleißerscheinungen reduziert werden können.
Das Thermomanagement in einem Kraftfahrzeug hat zum Ziel, die in einem Kraftfahrzeug entstandene Abwärme möglichst effektiv zu nutzen. Ferner wird unter den Begriff „Thermomanagement” in der Regel auch die erforderliche Beheizung, Vorheizung und/oder Kühlung einzelner Bauteile und/oder Fluide des Kraftfahrzeuges gefasst. Eine Möglichkeit der Optimierung des Thermomanagements besteht beispielsweise darin, die Abwärme aus dem Kraftfahrzeug-Motor und/oder aus den Abgasen zu speichern und beim nächsten Start zum Beheizen des Kraftfahrzeug-Motors wieder bereitzustellen. Auf diese Weise kann die Warmlaufphase des Kraftfahrzeug-Motors verkürzt werden.
Bisher bekannte Latentwärmespeicher und sensible Wärmespeicher weisen eine vergleichsweise große Masse auf. Ferner ist bei diesen nachteilig, dass sie relativ träge im Ansprechverhalten sind und dass selbst bei guter Wärmedämmung über die Zeit Energieverluste auftreten. Ferner kann durch solche Latentwärmespeicher und sensible Wärmespeicher in der Regel maximal die Temperatur des Ladezustandes bereitgestellt werden.
Wärmespeicher oder Kältemaschinen basierend auf dem Adsorptionsprinzip sind bisher nicht in Kraftfahrzeugen ausgeführt. Eine Problematik bei diesem Typ von Wärmespeichern besteht darin, dass der Prozess diskontinuierlich verläuft, insbesondere kann solch ein Wärmespeicher entweder im Ladezustand (Zuführen von Wärme) oder im Entladezustand (Freiset zen von Wärme) betrieben werden. Dementsprechend müssen für einen kontinuierlichen Betrieb mindestens zwei derartige Wärmespeicher parallel zueinander betrieben werden. Auch sind die Speichermedien, wie beispielsweise Zeolith, teilweise nicht stabil genug, um den, in Kraftfahrzeugen auftretenden Erschütterungen standzuhalten.
Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, im Rahmen des Thermomanagements die in Kraftfahrzeugen freigesetzte Abwärme möglichst effizient zu nutzen und eine geeignete Temperierung von Bauteilen des Kraftfahrzeuges und/oder Fluiden im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch einen Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Verwendung eines Absorptionskreislaufes, der zumindest einen Desorber, einen Verdampfer und einen Absorber aufweist, gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug-Wärmespeicher zur Speicherung von Energie, die als Abwärme in einem Kraftfahrzeug freigesetzt wird, bereitgestellt. Der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher weist dabei einen Absorptionskreislauf mit zumindest einem Desorber, einem Verdampfer und einem Absorber auf. Der Desorber ist thermisch derart an das Kraftfahrzeug ankoppelbar, dass dem Desorber Abwärme des Kraftfahrzeuges zur Verdampfung eines Kältemittels aus einer Kältemittel-Absorptionsmittel-Mischung zuführbar ist, und der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher weist separate Speicher zur Speicherung von Kältemittel und von mit Absorptionsmittel angereicherter Mischung, die bei der Desorption (bzw. Verdampfung von Kältemittel) erhalten wurden, auf. Der Verdampfer ist thermisch derart an mindestens ein Bauteil des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges ankoppelbar, dass im Bereich des Verdampfers bei einer Verdampfung von Kältemittel aufgenommene Wärme dem Bauteil bzw. dem Fluid entziehbar ist; und/oder der Absorber ist thermisch derart an mindestens ein Bauteil des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges ankoppelbar, dass im Bereich des Absorbers bei einer Absorption von Kältemittel freigesetzte Wärme dem Bauteil bzw. dem Fluid zuführbar ist.
Bisher ist lediglich bekannt, einen Absorptionskreislauf in Form einer Absorptionsklimaanlage (im kontinuierlichen Betrieb) zur Klimatisierung eines Innenraumes eines Kraftfahrzeuges einzusetzen. Durch den erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Wärmespeicher ist dabei vorgesehen, einen Absorptionskreislauf zur Speicherung von Energie, die als Abwärme in einem Kraftfahrzeug freigesetzt wird, und zur Beheizung und/oder Kühlung von mindestens einem Bauteil des Kraftfahrzeuges und/oder mindestens einem Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges einzusetzen.
Ein solcher Absorptionskreislauf weist dabei zumindest einen Desorber, einen Verdampfer und einen Absorber auf. In dem Desorber (auch als Boiler oder Generator bezeichnet) wird eine Mischung aus mindestens zwei mischbaren Flüssigkeiten, die auch als binäre Mischung bezeichnet wird, erhitzt. Dadurch verdampft eine der beiden Flüssigkeiten, die als Kältemittel bezeichnet wird, während im Desorber eine mit der anderen Flüssigkeit (Absorptionsmittel) angereicherte Mischung zurückbleibt. In der Regel weist der Absorptionskreislauf ferner einen Kondensor auf, in welchem der Kältemitteldampf aus dem Desorber zurück in die flüssige Phase geführt wird. Das Kältemittel (flüssig) und die mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung werden in entsprechenden Speichern, insbesondere in einem Kältemittel-Speicher für Kältemittel und in einem Absorptionsmittel-Speicher für die mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung, separat gespeichert. Bei Starten des Verdampfers und Absorbers wird in dem Verdampfer Kältemittel, das in der Regel dem Kältemittel-Speicher entnommen wird, verdampft. Der Kältemitteldampf wird anschließend in dem Absorber in eine, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung, die in der Regel dem Absorptionsmittel-Speicher entnommen wird, absorbiert. Der Verdampfer und der Absorber können dabei jeweils als separate Bauteile ausgeführt sein, sie können aber auch als kombinierter Verdampfer/Absorber ausgebildet sein. In solch einem kombinierten Verdampfer/Absorber sind in einem Behälter, der unter Vakuum (z. B. im Bereich von 5–17 mbar) gehalten wird, mindestens ein Verdampferelement und mindestens ein Absorptionselement untergebracht. In der Regel sind dabei jeweils mehrere, alternierend angeordnete Verdampferelemente und Absorptionselemente vorgesehen. Durch solch einen kombinierten Verdampfer/Absorber wird eine raumsparende Unterbringung erzielt.
Der erfindungsgemäße Ersatz eines Absorptionskreislaufs als Wärmespeicher ist vorteilhaft, da Abwärme, die in einem Kraftfahrzeug freigesetzt wird, in dem Desorber zur Verdampfung von Kältemittel aus einer Kältemittel-Absorptionsmittel-Mischung genutzt werden kann und die hierfür erforderliche Energie durch die separate Speicherung des erhaltenen Kältemittels und der mit Absorptionsmittel angereicherten Lösung über lange Zeiträume gespeichert werden kann. Bei Starten des Verdampfungs- und Absorptionsprozess wird aufgrund der Verdampfung von Kältemittel in dem Verdampfer dem umgebenden System Wärme entzogen. Dementsprechend kann dies zur Kühlung mindestens eines Bauteils des Kraftfahrzeuges und/oder mindestens eines Fluides im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Durch die Absorption von Kältemittel in die, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung wird Wärme freigesetzt. Dementsprechend kann dies zur Beheizung eines Bauteils des Kraftfahrzeuges und/oder mindestens eines Fluides im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Auf diese Weise kann die gespeicherte Energie je nach Bedarf sowohl zur Kühlung als auch zur Beheizung eingesetzt werden. Der Verdampfungs- und Absorptionsprozess kann dabei unabhängig von dem Betrieb des Desorbers bei Bedarf gestartet werden, so dass die Kühl- und/oder Heizleistung auch bei ruhendem Kraftfahrzeug-Motor bereitstellbar ist. Vorzugsweise wird sowohl die Kühl- als auch die Heizleistung zur Kühlung bzw. Beheizung eingesetzt, so dass hierdurch eine effiziente Ausnutzung der bereitgestellten Leistung gelingt. Wird die Heiz- und Kühlleistung, die über den erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Wärmespeicher bereitstellbar ist, mit einem, über eine Lithium-Ionen-Batterie mit elektrischer Leistung versorgten PTC-Heizelement (PTC: positive temperature coefficient; deutsch: positiver Temperaturkoeffizient) oder mit einem Latentwärmespeicher verglichen, so ist die Energiedichte bezogen auf die Masse jeweils vergleichbar. Ferner ist der erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Wärmespeicher in ökologischer Hinsicht vorteilhaft.
Unter „thermisch ankoppelbar” wird in dem vorliegenden Zusammenhang verstanden, dass die jeweilige Komponente (Desorber, Verdampfer, Absorber) des Absorptionskreislaufes derart ausgebildet bzw. angepasst ist, dass im montierten Zustand in einem Kraftfahrzeug eine Wärmeübertragung zwischen dieser Komponente und dem jeweiligen Bauteil bzw. Fluid des Kraftfahrzeuges ermöglicht wird. Dabei kann die thermische Ankopplung im montierten Zustand dauerhaft vorgesehen sein, sie kann aber auch trennbar sein, so dass gezielt zu gewünschten Zeiten (beispielsweise in Abhängigkeit von einer Temperatur und/oder einem Betriebszustand) eine Beheizung und/oder Kühlung des Bauteils und/oder Fluids möglich ist. Eine (vorübergehende) Trennung der thermischen Ankopplung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Zirkulation von Fluid, durch welches Wärme übertragen wird, vorübergehend gestoppt wird.
Eine thermische Ankopplung an mindestens ein Bauteil des Kraftfahrzeuges kann beispielsweise derart realisiert werden, dass ein Fluid (insbesondere eine Flüssigkeit) der betreffenden Komponente des Absorptionskreislaufes, wie beispielsweise eine binäre Mischung des Desorbers, Kältemittel des Verdampfers und/oder eine, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung des Absorbers, unmittelbar angrenzend an das betreffende Bauteil des Kraftfahrzeuges, beispielsweise in Form von Schleifen (auch als Wärmetauscher-Schleifen bezeichnet), geführt wird. Dabei ist nicht zwingend, dass das jeweilige Fluid die Wärme direkt auf das betreffende Bauteil überträgt. Die Wärmeübertragung kann auch über mindestens einen zwischengeschalteten Wärmetauscher und ein entsprechendes zweites Fluid erfolgen. Auch bei der thermischen Ankopplung an ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges kann die Wärmeübertragung auf dieses Fluid über mindestens einen Wärmetauscher erfolgen. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass die jeweilige Komponente (Verdampfer, Absorber) des Absorptionskreislaufes von Leitungen durchsetzt ist, durch die ein entsprechendes Fluid zur Aufnahme oder Abgabe von Wärme leitbar ist.
Unter „Fluid im Bereich des Triebstranges” werden sowohl gasförmige als auch flüssige Medien umfasst. Beispielsweise kann es sich dabei um Getriebeöl, Ladeluft für einen Turbolader, Kühlmittel (bzw. Kühlwasser) des Kraftfahrzeug-Motors, etc. handeln. Die separaten „Speicher” können in dem vorliegenden Zusammenhang sowohl als separat ausgebildete Bauteile, wie beispielsweise als Tanks, aber auch in eine Komponente des Absorptionskreislaufes (beispielsweise in den Desorber, etc.) integriert sein. Wesentlich ist, dass durch die Speicher eine getrennte Speicherung von Kältemittel und von mit Absorptionsmittel angereicherter Mischung ermöglicht wird.
Gemäß der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass mindestens ein Bauteil des Kraftfahrzeuges und/oder mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges thermisch sowohl an den Verdampfer als auch an den Absorber angekoppelt ist bzw. ankoppelbar ist. Auf diese Weise kann das betreffende Bauteil bzw. Fluid auf eine gewünschte Temperatur bzw. auf einen gewünschten Temperaturbereich temperiert werden. Dies kann in vorteilhafter Weise beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Temperatur des betref fenden Bauteils bzw. Fluids erfasst wird und durch eine Steuerung in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur eine thermische Ankopplung an den Verdampfer bzw. an den Absorber und dementsprechend eine Kühlung bzw. eine Beheizung des Bauteils bzw. Fluids gesteuert wird.
Der erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Wärmespeicher kann speziell zur Beheizung und/oder Kühlung eines Bauteils des Kraftfahrzeuges oder eines Fluides im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges ausgebildet sein, wie beispielsweise speziell zur Temperierung einer Lithium-Ionen-Batterie oder speziell zur Kühlung der Ladeluft eines Turboladers. Insbesondere bei Auslegung speziell für eines oder nur wenige Bauteile und/oder Fluide ist dabei auch eine integrale Ausbildung des Kraftfahrzeug-Wärmespeichers in dem betreffenden Bauteil des Kraftfahrzeuges möglich. Alternativ kann der erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Wärmespeicher auch derart ausgebildet sein, dass er flexibel zur Beheizung und/oder Kühlung mehrerer Bauteile des Kraftfahrzeuges und/oder Fluide im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges einsetzbar ist. In diesem Fall ist vorzugsweise eine Steuerung vorgesehen, welche die thermische Ankopplung der Mehrzahl von Bauteilen bzw. Fluiden an den Verdampfer und/oder Absorber, beispielsweise in Abhängigkeit von der Temperatur der Bauteile bzw. Fluide oder in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Kraftfahrzeuges, etc., steuert. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher zusätzlich zur Klimatisierung des Kraftfahrzeug-Innenraumes eingesetzt wird. Durch die separate Speicherung des Kältemittels und der mit Absorptionsmittel angereicherten Mischung kann ein Kraftfahrzeug-Innenraum bereits vor Starten des Kraftfahrzeug-Motors auf eine gewünschte Temperatur klimatisiert werden.
Der erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Wärmespeicher ist allgemein bei Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise bei Landfahrzeugen, Schiffen, etc. einsetzbar. Vorzugsweise ist er für den Einsatz in einem motorgetriebenen Landfahrzeug ausgebildet. Der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher kann dabei bei Antriebssystemen, die einen Verbrennungsmotor aufweisen und dementsprechend viel Abwärme freisetzen, eingesetzt werden. Ein Einsatz ist aber auch bei alternativen Antriebssystemen, wie beispielsweise bei Elektromotoren oder Hybridantrieben möglich.
Wie in dem technischen Fachgebiet allgemein bekannt ist, ist bei einer Speicherung von Energie, die als Abwärme in einem Kraftfahrzeug freigesetzt wird, nur möglich, einen Teil die ser freigesetzten Energie zu speichern. Umgekehrt kann auch jeweils nur ein Teil der gespeicherten Energie wieder als Kühlleistung und/oder Heizleistung bereitgestellt werden. Auch im Hinblick auf die Verdampfung und Absorption wird in der Regel jeweils nur ein Teil des Kältemittels verdampft und jeweils nur ein Teil des verdampften Kältemittels in die mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung absorbiert. Hierauf wird bei der vorliegenden Beschreibung nicht jedesmal explizit hingewiesen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher einen Kältemittel-Tank zur Speicherung von Kältemittel auf, wobei der Kältemittel-Tank derart in Fluid-Kommunikation mit dem Verdampfer steht, dass Kältemittel aus dem Kältemittel-Tank in den Verdampfer förderbar ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher einen Absorptionsmittel-Tank zur Speicherung von mit Absorptionsmittel angereicherter Mischung auf, wobei der Absorptionsmittel-Tank derart in Fluid-Kommunikation mit dem Absorber steht, dass mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung aus dem Absorptionsmittel-Tank in den Absorber förderbar ist. Auf diese Weise sind Kältemittel und mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung, die bei der Desorption erhalten wurden, in den entsprechenden Kältemittel- und Absorptionsmittel-Tanks separat und dauerhaft speicherbar. Bei Bedarf können sie dem Verdampfer und dem Absorber zur Bereitstellung der Kühl- und/oder Heizleistung zugeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher einen Kältemittel-Zirkulationskreislauf zur Zirkulation von Kältemittel durch den Verdampfer auf. Der Verdampfer ist bei Vorsehung eines Zirkulationskreislaufes vorzugsweise derart ausgebildet und die Kältemittel-Zufuhr an den Verdampfer wird derart geregelt, dass jeweils nur ein Teil des Kältemittels verdampft und der verbleibende Teil zirkuliert wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher einen Absorptionsmittel-Zirkulationskreislauf zur Zirkulation von mit Absorptionsmittel angereicherter Mischung durch den Absorber auf. Bei einer derartigen Zirkulation von Kältemittel und mit Absorptionsmittel angereicherten Mischung können die betreffenden Fluide auf einfache Weise über entsprechende Wärmetauscher geleitet werden und auf diese Weise Wärme zugeführt bzw. abgeleitet werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist dementsprechend vorgesehen, dass der Kältemittel-Zirkulationskreislauf mindestens einen Wärmetauscher, in dem durch das Kältemittel Wärme von einem Wärmetauscher-Fluid entziehbar ist (d. h. Kühlleistung von dem Kältemittel abführbar ist), und/oder dass der Absorptionsmittel-Zirkulationskreislauf mindestens einen Wärmetauscher, in dem von der mit Absorptionsmittel angereicherten Mischung Wärme an ein Wärmetauscher-Fluid zuführbar ist (d. h. Heizleistung von der Mischung abführbar ist), aufweist/aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist/weisen der Kältemittel-Zirkulationskreislauf und/oder der Absorptionsmittel-Zirkulationskreislauf jeweils eine Pumpe zur Zirkulation des jeweiligen Fluids und einen Tank (Kältemittel-Tank bzw. Absorptionsmittel-Tank) zur Speicherung des jeweiligen Fluids (Kältemittel bzw. mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung) auf. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist ferner vorgesehen, dass der Verdampfer und der Absorber, insbesondere die Pumpen des Kältemittel-Zirkulationskreislaufes und des Absorptionsmittel-Zirkulationskreislaufes, unabhängig von einem Betrieb des Desorbers und unabhängig von einem Betrieb eines Kraftfahrzeug-Motors ein- und ausschaltbar sind. Auf diese Weise kann Kühl- und/oder Heizleistung unabhängig von einem Betrieb des Kraftfahrzeug-Motors bereitgestellt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Verdampfer und der Absorber bereits vor Starten des Kraftfahrzeug-Motors gestartet werden, beispielsweise automatisch beim Aufsperren des Kraftfahrzeuges oder auch durch einen Benutzer über eine Fernbedienung. Ein Starten des Verdampfers und Absorbers kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass dem Verdampfer Kältemittel und dem Absorber mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung zugeführt werden (beispielsweise durch Starten der betreffenden Pumpen und/oder Öffnen entsprechender Ventile). Dadurch können bereits vor Starten des Kraftfahrzeug-Motors einzelne Bauteile des Kraftfahrzeuges und/oder Fluide im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges auf eine gewünschte Temperatur vorgewärmt oder gekühlt werden. Insbesondere ist eine Vorwärmung des Kraftfahrzeug-Motors (z. B. über das Kühlmittel) und/oder des Getriebes (z. B. über das Getriebeöl) vorteilhaft.
In dem Absorptionskreislauf sind grundsätzlich verschiedene, binäre Mischungen einsetzbar. Aufgrund ihres problemlosen Einsatzes und ihrer nicht-toxischen Eigenschaften haben sich Wasser als Kältemittel in Kombination mit mindestens einem Salz (gegebenenfalls auch eine Salzmischung), insbesondere mit Lithiumbromid (LiBr), als Absorptionsmittel bewährt. Grundsätzlich sind aber auch alternative binäre Mischungen, wie beispielsweise Ammoniak (NH₃) als Kältemittel und Wasser als Absorptionsmittel möglich. Ferner kann vorgesehen sein, dass weitere Zusatzstoffe in der binären Mischung enthalten sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Desorber thermisch an Kühlmittel des Kraftfahrzeuges und/oder an Abgase eines Kraftfahrzeug-Motors ankoppelbar. Die Ankopplung erfolgt dabei vorzugsweise über einen Wärmetauscher, beispielsweise über einen Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher bei einer Ankopplung an Kühlmittel und/oder über einen Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher bei einer Ankopplung an Abgase.
Je nach Ausführung des Kraftfahrzeuges kann der erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Wärmespeicher zur Beheizung und/oder Kühlung von verschiedenen Bauteilen des Kraftfahrzeuges und/oder Fluiden im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen Bauteil des Kraftfahrzeuges, das durch den Kraftfahrzeug-Wärmespeicher beheizbar und/oder kühlbar ist, um ein Bauteil, das zu dem Antrieb des Kraftfahrzeuges gehört oder zumindest damit zusammenwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Verdampfer thermisch an mindestens eines der nachfolgenden Bauteile bzw. Fluide thermisch ankoppelbar, so dass dieses/diese kühlbar ist/sind: an eine Fahrzeug-Batterie, insbesondere an eine Lithium-Ionen-Batterie, an eine Elektronik des Kraftfahrzeuges, insbesondere an eine Leistungselektronik eines Hybridantriebs des Kraftfahrzeuges, an Ladeluft, die einem Turbolader des Kraftfahrzeuges zugeführt wird, an Ansaugluft eines Kraftfahrzeug-Motors, an Kühlmittel des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Bauteil eines Kraftfahrzeug-Motors, insbesondere an einen Zylinderkopf eines Kraftfahrzeug-Motors. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb kann eine Kühlung der Leistungselektronik erforderlich sein. Wie im einleitenden Teil der Beschreibung erläutert wurde, wirkt sich die Kühlung der Ladeluft, die einem Turbolader des Kraftfahrzeuges zugeführt wird, positiv auf den Wirkungsgrad aus. Diese Anwendung ist insbesondere bei Lkws und/oder bei anderen großen Landfahrzeugen vorteilhaft. Aber auch bei den weiteren, genannten Bauteilen und/oder Fluiden kann sich eine Kühlung dieser Bauteile auf eine optimale Temperatur, insbesondere in Abhängigkeit von deren Temperatur und/oder von einem Betriebszustand, positiv auf den Wirkungsgrad des Antriebs und/oder auf die Vermeidung von Verschleißerscheinungen auswirken. Beispielsweise kann über das Kühlmittel des Kraftfahrzeuges die Temperatur des Kraftfahrzeug-Motors beeinflusst werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Absorber thermisch an mindestens eines der nachfolgenden Bauteile bzw. Fluide thermisch ankoppelbar, so dass dieses/diese beheizbar ist/sind: an eine Fahrzeug-Batterie, insbesondere an eine Lithium-Ionen-Batterie, an Kühlmittel des Kraftfahrzeuges, an Ansaugluft eines Kraftfahrzeug-Motors, an Getriebeöl eines Kraftfahrzeug-Getriebes und/oder an mindestens ein Bauteil eines Kraftfahrzeug-Motors, insbesondere an einen Zylinderkopf eines Kraftfahrzeug-Motors. Bei diesen Bauteilen ist eine Beheizung derselben auf eine optimale Temperatur bzw. einen optimalen Temperaturbereich, insbesondere in Abhängigkeit von deren Temperatur und/oder deren Betriebszustand, vorteilhaft für den Wirkungsgrad des Antriebs und/oder im Hinblick auf eine Vermeidung von Verschleißerscheinungen. Über das Kühlmittel, das Getriebeöl und/oder die Ansaugluft ist insbesondere eine Vorwärmung des Motors und des Getriebes bei oder vor dem Starten des Kraftfahrzeug-Motors möglich, so dass eine Warmlaufphase desselben entfällt oder zumindest verkürzt wird.
Zusätzlich oder alternativ zu den oberhalb erläuterten Bauteilen und/oder Fluiden kann/können der Verdampfer und/oder der Absorber thermisch auch noch an weitere Bauteile des Kraftfahrzeuges und/oder Fluide im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges angekoppelt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die thermische Ankopplung des Verdampfers und/oder des Absorbers an mindestens ein Bauteil des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Kraftfahrzeuges, wahlweise herstellbar und trennbar. Auf diese Weise kann das betreffende Bauteil gezielt auf einer gewünschten Temperatur bzw. auf einem gewünschten Temperaturbereich durch entsprechendes Heizen und/oder Kühlen gehalten werden. Ferner kann auf diese Weise ein Beheizen und/oder Kühlen in Abhängigkeit von dem Betriebszustand (z. B. Warmlaufphase, Normalbetrieb, etc.) erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Absorber thermisch an mindestens einen Außenluft-Kühler ankoppelbar. Wie oberhalb erläutert wird, wird in dem Bereich des Absorbers aufgrund der Absorption von Kältemittel in die, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung Wärme freigesetzt. Wird diese Wärme nicht abgeführt, so führt dies zu einer Temperaturerhöhung im Bereich des Absorbers. Durch solch eine Temperaturerhöhung wird auf grund der thermodynamischen Eigenschaften die Kondensation und Absorption von Kältemittel in die, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung reduziert. Insbesondere dann, wenn der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher (zeitweise oder dauerhaft) ausschließlich oder in stärkerem Maße zur Kühlung von mindestens einem Bauteil oder Fluid eingesetzt wird, kann eine Kühlung des Absorbers erforderlich sein, um den Verdampfungs- und Absorptionsprozess weiterhin aufrecht zu erhalten. In diesen Fällen ist die zeitweise oder auch dauerhafte thermische Ankopplung des Absorbers an mindestens einen Außenluft-Kühler vorteilhaft. Die Vorsehung solch eines Außenluft-Kühlers ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher flexibel zur Beheizung und Kühlung mehrerer Bauteile und/oder Fluide eingesetzt werden soll, so dass auch Betriebszustände auftreten, in denen ausschließlich oder zumindest überwiegend eine Kühlleistung durch den Kraftfahrzeug-Wärmespeicher bereitgestellt werden soll.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß einer der oberhalb beschriebenen Varianten. Der Desorber ist dabei thermisch derart an das Kraftfahrzeug angekoppelt, dass dem Desorber Abwärme des Kraftfahrzeuges zur Verdampfung eines Kältemittels aus einer Kältemittel-Absorptionsmittel-Mischung zuführbar ist. Ferner ist der Verdampfer thermisch derart an mindestens ein Bauteil des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges angekoppelt, dass im Bereich des Verdampfers bei einer Verdampfung von Kältemittel aufgenommene Wärme dem Bauteil bzw. dem Fluid entziehbar ist, so dass dieses gekühlt wird, und/oder der Absorber ist thermisch derart an mindestens ein Bauteil des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges angekoppelt, dass im Bereich des Absorbers bei einer Absorption von Kältemittel freigesetzte Wärme dem Bauteil bzw. dem Fluid zuführbar ist, so dass dieses erwärmt wird. Bei dem Kraftfahrzeug sind die oberhalb, in Bezug auf den Kraftfahrzeug-Wärmespeicher erläuterten Weiterbildungen in entsprechender Weise realisierbar. Die oberhalb genannte thermische Ankopplung an Bauteile und/oder Fluide des Kraftfahrzeuges muss nicht zwingend dauerhaft sein, sondern sie kann auch (vorübergehend) trennbar sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Verwendung eines Absorptionskreislaufes, der zumindest einen Desorber, einen Verdampfer und einen Absorber aufweist, in einem Kraftfahrzeug zur Speicherung von Energie, die als Abwärme in dem Kraftfahrzeug freigesetzt wird, und zur Bereitstellung einer Heizung und/oder einer Kühlung für mindestens ein Bauteil des Kraftfahrzeuges und/oder für mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges. Bei der Verwendung sind die oberhalb, in Bezug auf den Kraftfahrzeug-Wärmespeicher erläuterten Weiterbildungen in entsprechender Weise realisierbar. Insbesondere ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass Energie gespeichert wird, indem dem Desorber Abwärme des Kraftfahrzeuges zugeführt wird, so dass in dem Desorber ein Kältemittel aus einer Kältemittel-Absorptionsmittel-Mischung verdampft und das erhaltene Kältemittel und die erhaltene, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung separat gespeichert werden. Ferner ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass eine Kühlung für mindestens ein Bauteil des Kraftfahrzeuges und/oder für mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges bereitgestellt wird, indem gespeichertes Kältemittel in dem Verdampfer verdampft wird und verdampftes Kältemittel in dem Absorber in gespeicherte, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung absorbiert wird und indem der Verdampfer thermisch derart an das mindestens eine Bauteil bzw. Fluid angekoppelt wird, dass im Bereich des Verdampfers bei einer Verdampfung von Kältemittel aufgenommene Wärme dem Bauteil bzw. dem Fluid entzogen wird; und/oder dass eine Beheizung für mindestens ein Bauteil des Kraftfahrzeuges und/oder für mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges bereitgestellt wird, indem gespeichertes Kältemittel in dem Verdampfer verdampft wird und verdampftes Kältemittel in dem Absorber in gespeicherte, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung absorbiert wird und indem der Absorber derart thermisch an das mindestens eine Bauteil bzw. Fluid angekoppelt wird, dass im Bereich des Absorbers bei einer Absorption von Kältemittel freigesetzte Wärme dem Bauteil bzw. dem Fluid zugeführt wird.
Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur.
1 zeigt: eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeug-Wärmespeichers mit mehreren zu beheizenden und zu kühlenden Bauteilen des Kraftfahrzeuges.
In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug-Wärmespeicher 2 mit mehreren, durch den Kraftfahrzeug-Wärmespeicher 2 zu beheizenden und zu kühlenden Bauteilen des Kraftfahrzeuges dargestellt. Der Aufbau der einzelnen Komponenten, die Anordnung der Verbindungsleitun gen sowie die vorzusehenden Ventile und Pumpen sind dabei nur dargestellt, soweit sie für die nachfolgende Funktionsbeschreibung relevant sind. Das zugehörige Kraftfahrzeug, in welches der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher 2 eingebaut ist, weist einen Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor auf.
Der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher 2 weist einen Absorptionskreislauf 4 mit einem Desorber 6, einem Kondensor (auch als Kondensator bezeichnet) 8 und einem kombinierten Verdampfer/Absorber 10 auf. Als binäre Mischung wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Lithiumbromidsalz als Absorptionsmittel und Wasser als Kältemittel eingesetzt. Die binäre Mischung (Lithiumbromidlösung) wird in dem Desorber 6 durch Zuführung von Abwärme des Verbrennungsmotors 12 des Kraftfahrzeuges erhitzt. Die thermische Ankopplung wird dadurch hergestellt, dass Kühlmittel des Verbrennungsmotors 12 durch Wärmetauscher-Schleifen 14, die in dem Desorber 6 vorgesehen sind, geleitet wird. Für die Verdampfung von Wasser aus der Lithiumbromidlösung ist, sofern in dem Desorber 6 ein ausreichendes Vakuum vorliegt, eine Temperatur von im Wesentlichen 60°C erforderlich, so dass die Motor-Abwärme ausreichend ist. In dem Desorber 6 bleibt eine mit Absorptionsmittel (Lithiumbromid) angereicherte Mischung zurück.
Der Kältemitteldampf wird in den Kondensor 8 geleitet, in dem das Kältemittel wieder in die flüssige Phase zurückgeführt wird. Das flüssige Kältemittel wird anschließend über eine Leitung 18 in einen Kältemittel-Tank 16 geleitet. In dem Kältemittel-Tank 16 kann das flüssige Kältemittel über lange Zeiträume gespeichert werden. Bei weiterer Wärmezufuhr an den Desorber 6 wird soviel Kältemittel aus der binären Mischung verdampft, bis sich (sofern die binäre Mischung nicht erneut mit Kältemittel verdünnt wird) ein Gleichgewicht einstellt und sich die Konzentration von Absorptionsmittel in der, in dem Desorber 6 zurückbleibenden, binären Mischung nicht mehr weiter erhöht. Die, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung kann dabei in dem Desorber 6, oder, wie in 1 dargestellt ist, in einem separaten Absorptionsmittel-Tank 20 gespeichert werden. In diesem Fall wird die, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung aus dem Desorber 6 über eine Leitung 22 in den Absorptionsmittel-Tank 20 geleitet.
Der kombinierte Verdampfer/Absorber 10 wird unter Vakuum, insbesondere bei einem Druck im Bereich von 5–17 mbar, gehalten. Der kombinierte Verdampfer/Absorber 10 weist als Verdampfer 24 mehrere (in 1 nicht dargestellte) Verdampferelemente und als Absorber 26 mehrere (in 1 nicht dargestellte) Absorptionselemente auf. Der Verdampfer 24 und der Absorber 26 sind in 1 schematisch als getrennt voneinander angeordnete Boxen dargestellt. In dem Bereich des Verdampfers 24 ist ein Kältemittel-Zirkulationskreislauf 28 zur Zirkulation von Kältemittel durch den Verdampfer 24 vorgesehen. Der Kältemittel-Zirkulationskreislauf 28 weist neben dem Verdampfer 24 und dem Kältemittel-Tank 16 ferner eine Pumpe 30 und einen Wärmetauscher 32 auf. Im Bereich des Absorbers 26 ist in entsprechender Weise ein Absorptionsmittel-Zirkulationskreislauf 34 zur Zirkulation von, mit Absorptionsmittel angereicherter Mischung vorgesehen. Der Absorptionsmittel-Zirkulationskreislauf 34 weist neben dem Absorber 26 und dem Absorptionsmittel-Tank 20 ferner eine Pumpe 36 und einen Wärmetauscher 38 auf.
Sobald ein Bedarf an einer Kühlung und/oder Beheizung von Bauteilen des Kraftfahrzeuges auftritt, werden die Pumpen 30 und 36 durch eine Steuerung 40 angesteuert, dass diese den Pumpbetrieb starten. Die Steuerungsleitungen 41 sind in 1 jeweils gestrichelt dargestellt und werden nicht im Einzelnen erläutert. Ein Bedarf an einer Kühlung und/oder Beheizung der Bauteile wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Steuerung 40 über (in 1 nicht dargestellte) Temperatursensoren, die an den betreffenden Bauteilen vorgesehen sind erfasst.
Beim Starten der Pumpen 30 und 36 wird Kältemittel aus dem Kältemittel-Tank 16 durch die Pumpe 30 über den Wärmetauscher 32 dem Verdampfer 24 zugeführt. In entsprechender Weise wird mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung aus dem Absorptionsmittel-Tank 20 durch die Pumpe 36 über den Wärmetauscher 38 dem Absorber 26 zugeführt. In dem Verdampfer 24 verdampft ein Teil des Kältemittels. Der Kältemitteldampf wird anschließend in dem Absorber 26 in die, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung absorbiert. Dies ist in 1 schematisch durch den Pfeil 42 dargestellt. Das Kältemittel, das in dem Verdampfer 24 nicht verdampft wurde, wird wieder zurück in den Kältemittel-Tank 16 geleitet. Auch in dem Absorber 26 wird die (mit Kältemittel verdünnte) binäre Mischung zurück in den Absorptionsmittel-Tank 20 geleitet, um erneut zirkuliert zu werden. Die, aufgrund der Absorption mit Kältemittel verdünnte, binäre Mischung kann bei Bedarf aus dem Absorptionsmittel-Zirkulationskreislauf 34 über eine Leitung 44 zurück in den Desorber 6 geleitet werden.
Bei der Verdampfung von Kältemittel in dem Verdampfer 24 wird dem umgebenden System Wärme entzogen. Dies führt insbesondere zu einer Abkühlung des nicht verdampften Kältemittels, das durch den Kältemittel-Zirkulationskreislauf 28 zirkuliert wird. Das Kältemittel in dem Kältemittel-Zirkulationskreislauf 28 weist in der Regel eine Temperatur im Bereich von im Wesentlichen 5–10°C auf. Bei der Absorption von Kältemittel in die, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung in dem Absorber 26 wird Wärme freigesetzt. Dies führt insbesondere zu einer Erwärmung der, mit Absorptionsmittel angereicherten Mischung, die durch den Absorptionsmittel-Zirkulationskreislauf 34 zirkuliert wird. Diese Mischung weist in der Regel eine Temperatur im Bereich von im Wesentlichen 60–70°C auf.
Nachfolgend wird die thermische Ankopplung des Verdampfers 24 (hier insbesondere des Kältemittels, das durch den Verdampfer 24 zirkuliert wird) an zwei, zu kühlende Bauteile des Kraftfahrzeuges, die durch eine Lithium-Ionen-Batterie 46 und eine Leistungselektronik 48 des Hybridantriebs gebildet werden, erläutert. Ferner wird die thermische Ankopplung des Absorbers 26 (hier insbesondere der mit Absorptionsmittel angereicherten Mischung, die durch den Absorber 26 zirkuliert wird) an die Lithium-Ionen-Batterie 46 und an einen Außenluft-Kühler 50 beschrieben.
Durch den Wärmetauscher 32 des Kältemittel-Zirkulationskreislaufes 28 wird durch eine Pumpe 52 ein Wärmetauscher-Fluid in einem Wärmetauscher-Fluid-Kühlkreislauf 54 zirkuliert. Das Wärmetauscher-Fluid wird in dem Wärmetauscher 32 durch das Kältemittel abgekühlt. An der Lithium-Ionen-Batterie 46 und der Leistungselektronik 48 sind jeweils Wärmetauscher-Schleifen 56, 58 derart vorgesehen, dass durch diese das Wärmetauscher-Fluid leitbar ist und auf diese Weise eine effektive Kühlung dieser Bauteile erzielbar ist. Die Wärmetauscher-Schleifen 56, 58 sind jeweils über ein 4/2-Wegeventil 60, 62 an dem Wärmetauscher-Fluid-Kühlkreislauf 54 angeschlossen. In einer ersten Stellung der 4/2-Wegeventile 60, 62 ist Wärmetauscher-Fluid durch die jeweiligen Wärmetauscher-Schleifen 56, 58 der Lithium-Ionen-Batterie 46 und der Leistungselektronik 48 leitbar. Die beiden 4/2-Wegeventile 60, 62 befinden sich bei der Darstellung in 1 in dieser ersten Stellung, so dass sowohl die Lithium-Ionen-Batterie 46 als auch die Leistungselektronik 48 gekühlt werden. Solch eine Kühlung ist in der Regel insbesondere während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeuges erforderlich (d. h. nach der Warmlaufphase). Über die Steuerung 40 sind die beiden 4/2-Wegenventile 60, 62 unabhängig voneinander ansteuerbar und können bei Bedarf in eine zweite Stellung geschaltet werden. In dieser zweiten Stellung wird das Wärmetauscher-Fluid unter Umgehung der jeweiligen Wärmetauscher-Schleife 56 bzw. 58 zurück in den Wärmetauscher-Fluid-Kühlkreislauf 54 geleitet, so dass das betreffende Bauteil 46 bzw. 48 nicht gekühlt wird.
In weitgehend entsprechender Weise erfolgt die Beheizung der Lithium-Ionen-Batterie 46, wie nachfolgend erläutert wird. Durch den Wärmetauscher 38 des Absorptionsmittel-Zirkulationskreislaufes 34 wird durch eine Pumpe 64 ein Wärmetauscher-F1uid in einem Wärmetauscher-Fluid-Heizkreislauf 66 zirkuliert. Das Wärmetauscher-Fluid wird in dem Wärmetauscher 38 durch die binäre Mischung erhitzt. An der Lithium-Ionen-Batterie 46 sind Wärmetauscher-Schleifen 68 derart vorgesehen, dass durch diese das Wärmetauscher-Fluid leitbar ist und so eine effektive Beheizung der Lithium-Ionen-Batterie 46 ermöglicht wird. Auch an dem Außenluft-Kühler 50 sind Wärmetauscher-Schleifen 69 vorgesehen, über die Wärme effektiv an Außenluft abführbar ist. Die Wärmetauscher-Schleifen 68, 69 der Lithium-Ionen-Batterie 46 und des Außenluft-Kühlers 50 sind jeweils über ein 4/2-Wegeventil 70, 72 an dem Wärmetauscher-Fluid-Heizkreislauf 66 angeschlossen. In einer ersten Stellung der 4/2-Wegeventile 70, 72 ist Wärmetauscher-Fluid durch die jeweiligen Wärmetauscher-Schleifen 68, 69 der Lithium-Ionen-Batterie 46 und des Außenluft-Kühlers 50 leitbar. Über die Steuerung 40 sind die beiden 4/2-Wegenventile 70, 72 unabhängig voneinander ansteuerbar und können bei Bedarf in eine zweite Stellung geschaltet werden. In dieser zweiten Stellung wird das Wärmetauscher-Fluid unter Umgehung der jeweiligen Wärmetauscher-Schleife 68 bzw. 69 zurück in den Wärmetauscher-Fluid-Heizkreislauf 66 geleitet, so dass die Lithium-Ionen-Batterie 46 nicht beheizt wird bzw. eine Wärmeableitung über den Außenluft-Kühler 50 nicht stattfindet. Bei der Darstellung in 1 befindet sich das 4/2-Wegeventil 70 zu der Lithium-Ionen-Batterie 46 in der zweiten Stellung, so dass eine Beheizung der Lithium-Ionen-Batterie 46 nicht erfolgt. Das 4/2-Wegeventil 72 zu dem Außenluft-Kühler 50 befindet sich in der ersten Stellung, so dass Wärme über den Außenluft-Kühler 50 ableitbar ist. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass in Betriebszuständen, bei denen eine Beheizung von Bauteilen des Kraftfahrzeuges und/oder von Fluiden im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges nicht erforderlich ist, ausreichend Wärme abgeführt wird und der Absorptionsprozess in dem Absorber 26 aufrechterhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das, unter Bezugnahme auf die Figur erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere sind an dem Wärmetauscher-Fluid-Kühlkreislauf 54 und an dem Wärmetauscher-Fluid-Heizkreislauf 66 auch alternative oder weitere Bauteile und/oder Fluide thermisch ankoppelbar. Insbesondere kann zum Beispiel über den Wärmetauscher-Fluid-Heizkreislauf 66 Kühlmittel des Verbrennungsmotors 12 erwärmt werden, um den Verbrennungsmotor 12 vor oder bei der Startphase zu beheizen. Ferner beziehen sich die genannten Temperaturbereiche in dem Desorber, dem Verdampfer und dem Absorber auf ein System, bei dem als binäre Mischung eine Lithiumbromid-Lösung eingesetzt wurde. Je nach den vorliegenden Systemdrücken, der eingesetzten binären Mischung und weiteren Betriebsparametern können hierbei auch andere Temperaturbereiche erzielt werden.
Auch die dargestellte Fluidführung in dem Wärmetauscher-Fluid-Kühlkreislauf 54 und dem Wärmetauscher-Fluid-Heizkreislauf 66 ist nur beispielhaft. Die thermische Ankopplung des Verdampfers und/oder Absorbers an ein zu kühlendes bzw. zu beheizendes Bauteil und/oder Fluid kann auch auf andere Weise erfolgen. Beispielsweise besteht alternativ auch die Möglichkeit, dass der Verdampfer und/oder der Absorber jeweils mit entsprechenden, schleifenförmigen Leitungen durchsetzt sind, durch die ein Fluid zur Abgabe bzw. zur Aufnahme von Wärme geleitet wird.

Claims

Kraftfahrzeug-Wärmespeicher zur Speicherung von Energie, die als Abwärme in einem Kraftfahrzeug freigesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher einen Absorptionskreislauf (4) mit zumindest einem Desorber (6), einem Verdampfer (24) und einem Absorber (26) aufweist, dass der Desorber (6) thermisch derart an das Kraftfahrzeug ankoppelbar ist, dass dem Desorber (6) Abwärme des Kraftfahrzeuges zur Verdampfung eines Kältemittels aus einer Kältemittel-Absorptionsmittel-Mischung zuführbar ist, und dass der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher separate Speicher (16, 20) zur Speicherung von Kältemittel und von mit Absorptionsmittel angereicherter Mischung, die bei der Desorption erhalten wurden, aufweist, wobei der Verdampfer (24) thermisch derart an mindestens ein Bauteil (46, 48) des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges ankoppelbar ist, dass im Bereich des Verdampfers (24) bei einer Verdampfung von Kältemittel aufgenommene Wärme dem Bauteil (46, 48) bzw. dem Fluid entziehbar ist; und/oder wobei der Absorber (26) thermisch derart an mindestens ein Bauteil (46, 50) des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges ankoppelbar ist, dass im Bereich des Absorbers (26) bei einer Absorption von Kältemittel freigesetzte Wärme dem Bauteil (46, 50) bzw. dem Fluid zuführbar ist.
Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kältemittel-Tank (16) zur Speicherung von Kältemittel, wobei der Kältemittel-Tank (16) derart in Fluid-Kommunikation mit dem Verdampfer (24) steht, dass Kältemittel aus dem Kältemittel-Tank (16) in den Verdampfer (24) förderbar ist, und/oder einen Absorptionsmittel-Tank (20) zur Speicherung von mit Absorptionsmittel angereicherter Mischung, wobei der Absorptionsmittel-Tank (20) derart in Fluid-Kommunikation mit dem Absorber (26) steht, dass mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung aus dem Absorptionsmittel-Tank (20) in den Absorber (26) förderbar ist.
Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Kältemittel-Zirkulationskreislauf (28) zur Zirkulation von Kältemittel durch den Verdampfer (24) und/oder einen Absorptionsmittel-Zirkulationskreislauf (34) zur Zirkulation von mit Absorptionsmittel angereicherter Mischung durch den Absorber (26).
Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Zirkulationskreislauf (28) und/oder der Absorptionsmittel-Zirkulationskreislauf (34) jeweils eine Pumpe (30; 36) zur Zirkulation des jeweiligen Fluids und einen Tank (16; 20) zur Speicherung des jeweiligen Fluids aufweist/aufweisen.
Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (24) und der Absorber (26), insbesondere die Pumpen (30; 36) des Kältemittel-Zirkulationskreislaufes (28) und des Absorptionsmittel-Zirkulationskreislaufes (34), unabhängig von einem Betrieb des Desorbers (6) und unabhängig von einem Betrieb eines Kraftfahrzeug-Motors (12) ein- und ausschaltbar sind.
Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Zirkulationskreislauf (28) mindestens einen Wärmetauscher (32), in dem durch das Kältemittel Wärme von einem Wärmetauscher-Fluid entziehbar ist, und/oder dass der Absorptionsmittel-Zirkulationskreislauf (34) mindestens einen Wärmetauscher (38), in dem von der mit Absorptionsmittel angereicherten Mischung Wärme an ein Wärmetauscher-Fluid zuführbar ist, aufweist/aufweisen.
Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel durch Wasser und das Absorptionsmittel durch mindestens ein Salz, insbesondere durch Lithiumbromid (LiBr), gebildet wird.
Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorber (6) thermisch an Kühlmittel des Kraftfahrzeuges und/oder an Abgase eines Kraftfahrzeug-Motors (12), insbesondere über einen Wärme tauscher, ankoppelbar ist.
Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (24) thermisch an eine Fahrzeug-Batterie (46), insbesondere an eine Lithium-Ionen-Batterie (46), an eine Elektronik (48) des Kraftfahrzeuges, insbesondere an eine Leistungselektronik (48) eines Hybridantriebs des Kraftfahrzeuges, an Ladeluft, die einem Turbolader des Kraftfahrzeuges zugeführt wird, an Ansaugluft eines Kraftfahrzeug-Motors (12), an Kühlmittel des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Bauteil eines Kraftfahrzeug-Motors (12), insbesondere an einen Zylinderkopf eines Kraftfahrzeug-Motors (12), ankoppelbar ist.
Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (26) thermisch an eine Fahrzeug-Batterie (46), insbesondere an eine Lithium-Ionen-Batterie (46), an Kühlmittel des Kraftfahrzeuges, an Ansaugluft eines Kraftfahrzeug-Motors (12), an Getriebeöl eines Kraftfahrzeug-Getriebes und/oder an mindestens ein Bauteil eines Kraftfahrzeug-Motors (12), insbesondere an einen Zylinderkopf eines Kraftfahrzeug-Motors (12), ankoppelbar ist.
Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Ankopplung des Verdampfers (24) und/oder des Absorbers (26) an mindestens ein Bauteil (46; 48; 50) des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Kraftfahrzeuges, wahlweise herstellbar und trennbar ist.
Kraftfahrzeug-Wärmespeicher gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (26) thermisch an mindestens einen Außenluft- Kühler (50) ankoppelbar ist.
Kraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeug-Wärmespeicher (2) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorber (6) thermisch derart an das Kraftfahrzeug angekoppelt ist, dass dem Desorber (6) Abwärme des Kraftfahrzeuges zur Verdampfung eines Kältemittels aus einer Kältemittel-Absorptionsmittel-Mischung zuführbar ist, wobei der Verdampfer (24) thermisch derart an mindestens ein Bauteil (46; 48) des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges angekoppelt ist, dass im Bereich des Verdampfers (24) bei einer Verdampfung von Kältemittel aufgenommene Wärme dem Bauteil (46; 48) bzw. dem Fluid entziehbar ist, so dass dieses gekühlt wird; und/oder wobei der Absorber (26) thermisch derart an mindestens ein Bauteil (46; 50) des Kraftfahrzeuges und/oder an mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges angekoppelt ist, dass im Bereich des Absorbers (26) bei einer Absorption von Kältemittel freigesetzte Wärme dem Bauteil (46; 50) bzw. dem Fluid zuführbar ist, so dass dieses erwärmt wird.
Verwendung eines Absorptionskreislaufes (4), der zumindest einen Desorber (6), einen Verdampfer (24) und einen Absorber (26) aufweist, in einem Kraftfahrzeug zur Speicherung von Energie, die als Abwärme in dem Kraftfahrzeug freigesetzt wird, und zur Bereitstellung einer Heizung und/oder einer Kühlung für mindestens ein Bauteil (46; 48; 50) des Kraftfahrzeuges und/oder für mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges.
Verwendung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Energie gespeichert wird, indem dem Desorber (6) Abwärme des Kraftfahrzeuges zugeführt wird, so dass in dem Desorber (6) ein Kältemittel aus einer Kältemittel-Absorptionsmittel-Mischung verdampft und das erhaltene Kältemittel und die erhaltene, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung separat gespeichert werden; wobei eine Kühlung für mindestens ein Bauteil (46; 48) des Kraftfahrzeuges und/oder für mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges bereitgestellt wird, indem gespeichertes Kältemittel in dem Verdampfer (24) verdampft wird und ver dampftes Kältemittel in dem Absorber (26) in gespeicherte, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung absorbiert wird und indem der Verdampfer (24) thermisch derart an das mindestens eine Bauteil (46; 48) bzw. Fluid angekoppelt wird, dass im Bereich des Verdampfers (24) bei einer Verdampfung von Kältemittel aufgenommene Wärme dem Bauteil (46; 48) bzw. dem Fluid entzogen wird; und/oder wobei eine Beheizung für mindestens ein Bauteil (46; 50) des Kraftfahrzeuges und/oder für mindestens ein Fluid im Bereich des Triebstranges des Kraftfahrzeuges bereitgestellt wird, indem gespeichertes Kältemittel in dem Verdampfer (24) verdampft wird und verdampftes Kältemittel in dem Absorber (26) in gespeicherte, mit Absorptionsmittel angereicherte Mischung absorbiert wird und indem der Absorber (26) derart thermisch an das mindestens eine Bauteil (46; 50) bzw. Fluid angekoppelt wird, dass im Bereich des Absorbers (26) bei einer Absorption von Kältemittel freigesetzte Wärme dem Bauteil (46; 50) bzw. dem Fluid zugeführt wird.