DE102014112498B4

DE102014112498B4 - Klimatisierungseinrichtung, Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung sowie Fahrzeug

Info

Publication number: DE102014112498B4
Application number: DE102014112498.7A
Authority: DE
Inventors: Mounir Nasri
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2034-08-30
Also published as: DE102014112498A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend eine Wärmepumpe sowie thermische Reaktionsspeicher, die einer Wärmesenke bzw. einer Wärmequelle der Wärmepumpe zugeordnet sind. Die Wärmesenke, die Wärmequelle und die Reaktionsspeicher sind in einer Luftführung der Klimatisierungseinrichtung angeordnet, die einen Lufteintritt und einen Brauchluftaustritt aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Klimatisierungseinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, die eine Wärmepumpe umfasst mit einem Kreislauf für ein Wärmeträgermedium, wobei in den Kreislauf eine Wärmesenke, eine Wärmequelle und ein Umgebungswärmetauscher geschaltet sind, wobei die Klimatisierungseinrichtung ferner eine Luftführung umfasst mit einem Lufteintritt und mindestens einem Luftaustritt, wobei der mindestens eine Luftaustritt einen Brauchluftaustritt und einen Abluftaustritt umfasst, wobei die Wärmesenke und die Wärmequelle in einem von der Luftführung gebildeten Strömungspfad vom Lufteintritt zum mindestens einen Luftaustritt positioniert sind.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung, insbesondere einer Klimatisierungseinrichtung eines Fahrzeugs.
Bei einer Klimatisierungseinrichtung der eingangs genannten Art, die insbesondere in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen kann, kann über den Lufteintritt eintretende Luft mit der Wärmequelle (insbesondere ein Heizelement in Gestalt eines Kondensators) erwärmt bzw. mit der Wärmesenke (insbesondere ein Kühlelement in Gestalt eines Verdampfers) gekühlt werden. Erwärmte bzw. gekühlte Luft kann dem Nutzungsort, zum Beispiel der Fahrgastzelle des Fahrzeugs, über den Brauchluftaustritt zugeführt werden. Abluft kann über den Abluftaustritt an die Umgebung abgegeben werden. Der Umgebungswärmetauscher, beispielsweise integriert in einen Kühler des Fahrzeugs, steht mit der Umgebung als Temperaturreservoir in thermischer Verbindung.
Herkömmliche Klimatisierungseinrichtungen weisen den Nachteil auf, dass deren Effizienz bei niedrigen und hohen Umgebungstemperaturen absinkt. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen, beispielsweise unterhalb von 5°C, führt kondensierender Wasserdampf häufig zur Tau- oder Reifbildung am Umgebungswärmetauscher. Die hiermit verbundene Verringerung des Volumenstroms führt dazu, dass das Aufheizen der Brauchluft verzögert wird, weil der Umgebungswärmetauscher zunächst von Tau bzw. Reif befreit werden muss. Um Brauchluft bei Betriebsaufnahme der Klimatisierungseinrichtung zügig aufzuheizen, ist daher häufig eine elektrische Zuheizung, etwa mit einem PTC-Heizgerät, oder eine Zuheizung über eine Kraftstoffheizung erforderlich. Allerdings werden die elektrische Zuheizung und die Kraftstoff-Zuheizung bei hohen Umgebungstemperaturen nicht benötigt, so dass sie jahreszeitenbedingt nur teilweise zum Einsatz kommen, jedoch die Herstellungskosten für die Klimatisierungseinrichtung erhöhen.
Die vorstehend genannten Nachteile können insbesondere bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen auftreten, deren Motor nur geringe Abwärme liefert, die zum Aufheizen der Brauchluft herangezogen werden könnte. Aus ökologischen Gründen unerwünscht ist der Einsatz einer Kraftstoff-Zuheizung für elektrisch betriebene Fahrzeuge. Eine elektrische Zuheizung beansprucht außerdem eine elektrische Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs und verringert dessen Reichweite.
Bei hohen Umgebungstemperaturen, beispielsweise oberhalb von 25°C, weisen herkömmliche Klimatisierungseinrichtungen den Nachteil auf, dass zum Absenken der Temperatur der Brauchluft eine hohe Leistung des Kompressors der Wärmepumpe erforderlich ist. Die Wärmepumpe arbeitet daher mit einem ungünstigen Betriebspunkt, wenn sie zugleich für den Aufheizbetrieb bei niedrigen Umgebungstemperaturen ausgelegt sein soll.
Eine gattungsgemäße Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug ist in der EP 2 716 478 A1 beschrieben. Eine weitere Ausführungsform einer Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug ist in der DE 10 2007 056 473 A1 offenbart. Die DE 60 2004 006 248 T2 beschreibt ein Energierückgewinnungssystem, mit dem während einer Betätigung einer Arbeitsvorrichtung erzeugte Wärme in elektrische Energie gewandelt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Klimatisierungseinrichtung sowie ein Fahrzeug bereitzustellen, mit der bzw. dem insbesondere nach Inbetriebnahme der Klimatisierungseinrichtung eine zügigere Aufheizung und/oder Abkühlung der Brauchluft erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Klimatisierungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Klimatisierungseinrichtung einen ersten thermischen Reaktionsspeicher aufweist, der der Wärmesenke zugeordnet ist, und einen zweiten thermischen Reaktionsspeicher aufweist, der der Wärmequelle zugeordnet ist, mindestens einen Reaktandenspeicher zur Aufnahme eines Reaktanden, eine Ventileinrichtung, mit der in der Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher und/oder eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher wahlweise freigebbar oder absperrbar ist zum Ändern des Ladungszustandes mindestens eines Reaktionsspeichers, wobei der erste Reaktionsspeicher und der zweite Reaktionsspeicher im Strömungspfad angeordnet sind, und wobei die Luftführung derart einstellbar ist, dass die Luft wahlweise über die Wärmesenke sowie den ersten Reaktionsspeicher und/oder über die Wärmequelle sowie den zweiten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt führbar ist.
Die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung weist thermische Reaktionsspeicher auf, die der Wärmesenke bzw. der Wärmequelle zugeordnet sind. Die jeweilige Ladung der Reaktionsspeicher mit dem Reaktanden kann unter Temperaturänderung verändert werden. Dies gibt zum Beispiel die Möglichkeit, den ersten Reaktionsspeicher unter Absenkung der Temperatur der Brauchluft zu entladen. Alternativ kann die Ladung des zweiten Reaktionsspeichers unter Aufheizen der Brauchluft erhöht werden. Mindestens ein Reaktandenspeicher ist vorgesehen, um bei einer Änderung eines Ladezustandes eines Reaktionsspeichers den Reaktanden aufzunehmen bzw. abzugeben. Über die Ventileinrichtung kann eine entsprechende Fluidverbindung zwischen dem jeweiligen Reaktionsspeicher und dem mindestens einen Reaktandenspeicher wahlweise freigegeben werden. Über die Luftführung ist die Möglichkeit gegeben, die Strömung der Luft vom Lufteintritt zum Brauchluftaustritt derart einzustellen, dass die Wärmequelle und die Wärmesenke sowie die Reaktionsspeicher in gewünschter Weise mit Luft beströmt werden, um bedarfsabhängig eine Aufheizung bzw. Abkühlung der Brauchluft die Wärmepumpe unterstützend zu ermöglichen. Hierauf wird nachfolgend noch im Detail eingegangen, sowie auf die vorteilhafterweise vorgesehene Möglichkeit, die Brauchluft zu entfeuchten.
Bei der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung ist die Möglichkeit gegeben, über die Reaktionsspeicher zusätzlich eine Wärmesenke bzw. eine Wärmequelle bereitzustellen und die Wärmepumpe zu unterstützen. Dies erlaubt es, die Wärmepumpe sowohl bei niedrigen Umgebungstemperaturen als auch bei hohen Umgebungstemperaturen auf einem günstigeren Betriebspunkt zu betreiben. Die Effizienz der Wärmepumpe kann dadurch erhöht werden. Zudem ist die Möglichkeit gegeben, durch Bereitstellen zusätzlicher Wärme am zweiten Reaktionsspeicher bzw. zusätzlicher Kälte am ersten Reaktionsspeicher eine zügigere Aufheizung bzw. Abkühlung der Brauchluft zu erzielen.
Es versteht sich, dass die Klimatisierungseinrichtung eine Steuerung aufweist, die mit der Ventileinrichtung, der Luftführung und der Wärmepumpe in Wirkverbindung steht. Über die Steuerung können die Ventileinrichtung, die Luftführung und die Wärmepumpe, insbesondere deren Kompressor, bedarfsabhängig zur Freigabe der jeweiligen Fluidverbindung und/oder zur Einstellung der Luftführung und/oder zur Einstellung eines Arbeitspunktes der Wärmepumpe angesteuert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Reaktionsspeicher einen Reaktandenspeicher umfasst oder bildet und wenn der zweite Reaktionsspeicher einen Reaktandenspeicher umfasst oder bildet und wenn die Reaktionsspeicher über eine Fluidleitung miteinander gekoppelt sind, die von der Ventileinrichtung wahlweise freigebbar oder absperrbar ist. Der zweite Reaktionsspeicher kann dadurch als Reaktandenspeicher für den ersten Reaktionsspeicher wirken, und umgekehrt kann der erste Reaktionsspeicher als Reaktandenspeicher für den zweiten Reaktionsspeicher wirken. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass kein weiterer Reaktandenspeicher vorhanden ist. Der Reaktand kann während des Betriebs der Klimatisierungseinrichtung vom ersten Reaktionsspeicher zum zweiten Reaktionsspeicher strömen, wobei sich deren jeweiliger Ladezustand und deren jeweilige Temperatur ändert. Diese Temperaturänderung kann zum Abkühlen der Brauchluft bzw. Aufheizen der Brauchluft eingesetzt werden.
In mindestens einem Reaktandenspeicher kann der Reaktand in einem gebundenen Zustand gespeichert sein, wie insbesondere bei der zuletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungsform. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Reaktand Wasserstoff ist und die Reaktionsspeicher im geladenen Zustand Metallhydridspeicher sind.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Reaktand in mindestens einem Reaktandenspeicher in einem nichtgebundenen Zustand gespeichert ist. Beispielsweise könnte der Reaktandenspeicher ein Gasbehälter sein, in dem ein gasförmiger Reaktand gespeichert ist, zum Beispiel Wasserstoffgas, wobei mindestens ein Reaktionsspeicher im geladenen Zustand ein Metallhydridspeicher ist.
Vorzugsweise ist der erste Reaktionsspeicher in Strömungsrichtung der Luft durch die Luftführung der Wärmesenke nachgelagert angeordnet.
Alternativ oder ergänzend ist der zweite Reaktionsspeicher vorzugsweise in Strömungsrichtung der Luft durch die Luftführung der Wärmequelle nachgelagert angeordnet.
Der erste Reaktionsspeicher ist vorzugsweise thermisch mit der Wärmesenke gekoppelt.
Alternativ oder ergänzend ist der zweite Reaktionsspeicher vorzugsweise thermisch mit der Wärmequelle gekoppelt. Durch Aufheizen der Wärmequelle ist dadurch die Möglichkeit gegeben, den zweiten Reaktionsspeicher aufzuheizen und den Reaktanden auszutreiben. Ist, wie vorstehend erwähnt, der zweite Reaktionsspeicher fluidwirksam mit dem ersten Reaktionsspeicher gekoppelt, erlaubt dies eine besonders vorteilhafte Regeneration der Reaktionsspeicher. Der Reaktand kann zur Verringerung des Ladezustandes des zweiten Reaktionsspeichers zur Steigerung des Ladezustandes des ersten Reaktionsspeichers in diesen strömen.
Die thermische Kopplung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und der Wärmesenke bzw. zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und der Wärmequelle kann direkt erfolgen, beispielsweise durch einen Kontakt. Denkbar ist auch eine indirekte Kopplung, wobei von der Wärmesenke abgekühlte Luft den ersten Reaktionsspeicher kühlt bzw. von der Wärmequelle aufgeheizte Luft den zweiten Reaktionsspeicher erwärmt.
Die Luftführung kann Luftführungselemente umfassen, um die Luft betriebsartabhängig über die Wärmesenke und den ersten Reaktionsspeicher bzw. die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zu führen.
Von Vorteil ist es, wenn die Luftführung Luftführungselemente aufweist zum Unterteilen des Strömungspfades in einen ersten Strömungsteilpfad und einen zweiten Strömungsteilpfad, wobei die Luft im ersten Strömungsteilpfad vom Lufteintritt über die Wärmesenke und den ersten Reaktionsspeicher führbar ist und im zweiten Strömungsteilpfad vom Lufteintritt über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher, wobei die Luftführungselemente so einstellbar sind, dass wahlweise der erste Strömungsteilpfad den Brauchluftaustritt umfasst und der zweite Strömungsteilpfad den Abluftaustritt oder umgekehrt. Im Kühlbetrieb wird die Luft am Lufteintritt zumindest zum Teil über den ersten Strömungsteilpfad zum Brauchluftaustritt geführt. Im Heizbetrieb kann die Luft beispielsweise zumindest zum Teil vom Luftaustritt über den zweiten Strömungsteilpfad zum Brauchluftaustritt geführt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Luftführung derart einstellbar ist, dass die Luft vom Lufteintritt über die Wärmesenke und den ersten Reaktionsspeicher sowie anschließend über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt führbar ist. Beispielsweise ist bei einem Entfeuchtungsbetrieb vorgesehen, dass die gesamte Luft am Lufteintritt über die Wärmesenke, den ersten Reaktionsspeicher, die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt ist. Ein Abluftaustritt kann in diesem Fall geschlossen bleiben.
Als vorteilhaft kann es sich erweisen, wenn die Luftführung ein Luftführungselement im Strömungspfad umfasst, beispielsweise in dem vorstehend genannten ersten Strömungsteilpfad, in dessen Offenstellung die Wärmesenke von der Luft zum Beströmen des ersten Reaktionsspeichers zumindest teilweise umgehbar ist.
In entsprechender Weise kann es vorteilhaft sein, wenn die Luftführung ein Luftführungselement im Strömungspfad umfasst, beispielsweise in dem vorstehend genannten zweiten Strömungsteilpfad, in dessen Offenstellung die Wärmequelle von der Luft zum Beströmen des zweiten Reaktionsspeichers zumindest teilweise umgehbar ist.
Darunter kann vorstehend jeweils insbesondere verstanden werden, dass ein jeweiliges Luftführungselement vorgesehen sein kann, das eine Schließstellung und eine Offenstellung einnehmen kann. In der jeweiligen Schließstellung des Luftführungselementes wird die Wärmesenke bzw. die Wärmequelle nicht umgangen. Luft strömt über die Wärmesenke und den ersten Reaktionsspeicher auf der Kaltseite. Auf der Warmseite kann Luft über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher strömen. In der jeweiligen Offenstellung kann die Wärmesenke bzw. die Wärmequelle umgangen werden. Zumindest ein Teil der Luft kann die Wärmesenke bzw. die Wärmequelle passieren, ohne über diese zu strömen. Insbesondere kann das Mischungsverhältnis zwischen Luft, die die Wärmesenke passiert und über diese strömt, bevorzugt kontinuierlich eingestellt werden. Dadurch kann die Temperatur der Luft aufstromseitig des ersten Reaktionsspeichers bedarfsgerecht eingestellt werden, um einen geeigneten Arbeitspunkt der Klimatisierungseinrichtung zu ermöglichen. In entsprechender Weise kann das Mischungsverhältnis der Luft, die über die Wärmequelle strömt, und der Luft, die diese passiert, bevorzugt kontinuierlich eingestellt werden. Die Temperatur der Luft aufstromseitig des zweiten Reaktionsspeichers kann dadurch eingestellt werden, um die Klimatisierungseinrichtung an einem vorteilhaften Arbeitspunkt zu betreiben. Beispielsweise kann auf der Warmseite, etwa bei einem Kaltstart, der zweite Reaktionsspeicher mit einem Teil von Luft beströmt werden, der nicht über die Wärmequelle aufgeheizt ist und diese passiert. Dies kann sich zum Beispiel dann als vorteilhaft erweisen, wenn der zweite Reaktionsspeicher, um die Funktion sicherzustellen, mit Luft unterhalb einer Schwellenwerttemperatur beaufschlagt wird.
Die vorstehend erwähnten Luftführungselemente können mit der vorstehend erwähnten Steuerung der Klimatisierungseinrichtung in Wirkverbindung stehen und von dieser zur Einnahme einer bedarfsabhängigen Stellung eingestellt werden. Die Luftführungselemente umfassen oder sind zum Beispiel Klappen oder Schieber.
Es kann vorgesehen sein, dass der erste Reaktionsspeicher die Wärmesenke flächig kontaktiert und/oder dass der zweite Reaktionsspeicher die Wärmequelle flächig kontaktiert.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der erste Reaktionsspeicher im Abstand zur Wärmesenke im Strömungspfad positioniert ist und/oder dass der zweite Reaktionsspeicher im Abstand zur Wärmequelle im Strömungspfad positioniert ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Wärmesenke und die Wärmequelle und/oder die Reaktionsspeicher von Luft durchströmbar sind.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der erste Reaktionsspeicher und/oder der zweite Reaktionsspeicher im mit dem Reaktanden geladenen Zustand Metallhydridspeicher sind.
Insbesondere bei der zuletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungsform der Klimatisierungseinrichtung ist der Reaktand vorzugsweise Wasserstoff.
Bei einer andersartigen Ausführungsform kann der Reaktand beispielsweise Methanol sein, und der erste Reaktionsspeicher und/oder der zweite Reaktionsspeicher Natriumsulfid. In diesem Fall ist dem jeweiligen Reaktionsspeicher bevorzugt ein separater Reaktandenspeicher zugeordnet, der sich vom jeweils anderen Reaktionsspeicher unterscheidet.
Als günstig erweist es sich, wenn die Wärmepumpe ein zwischen dem Umgebungswärmetauscher und der Wärmesenke angeordnetes Expansionsventil umfasst, das wahlweise in den Kreislauf zuschaltbar oder umgehbar ist.
Alternativ oder ergänzend ist es von Vorteil, wenn die Wärmepumpe ein zwischen der Wärmequelle und dem Umgebungswärmetauscher angeordnetes Expansionsventil umfasst, das wahlweise in den Kreislauf zuschaltbar oder umgehbar ist.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Expansionsventil zwischen dem Umgebungswärmetauscher und der Wärmesenke in den Kreislauf geschaltet ist, wohingegen das Expansionsventil zwischen der Wärmequelle und dem Umgebungswärmetauscher umgangen wird und nicht vom Wärmeübertragungsmedium durchströmt wird. Die Wärmequelle kann dabei in direkter Fluidverbindung mit dem Umgebungswärmetauscher stehen. Bei einem derartigen Betrieb kann der Umgebungswärmetauscher als Wärmequelle wirken, über die Abwärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Dies erweist sich zum Beispiel bei einem Kühlbetrieb als vorteilhaft.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Expansionsventil zwischen der Wärmequelle und dem Umgebungswärmetauscher in den Kreislauf geschaltet ist, wohingegen das Expansionsventil zwischen dem Umgebungswärmetauscher und der Wärmesenke umgangen wird. Der Umgebungswärmetauscher kann in direkter Fluidverbindung mit der Wärmesenke stehen. Der Umgebungswärmetauscher kann dabei als Wärmesenke wirken, zum Beispiel bei einem Heizbetrieb der Klimatisierungseinrichtung.
Die Wärmepumpe kann im Kreislauf einen Umgehungsabschnitt aufweisen, mit dem die Wärmesenke zumindest teilweise umgehbar ist.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Wärmepumpe im Kreislauf einen Umgehungsabschnitt aufweist, mit dem die Wärmequelle zumindest teilweise umgehbar ist.
Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass die Wärmesenke und/oder die Wärmequelle in den Kreislauf zuschaltbar sind. Es können dementsprechend Betriebsarten der Klimatisierungseinrichtung vorgesehen sein, bei der die Wärmesenke bzw. die Wärmequelle nicht in den Kreislauf geschaltet ist. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass bei einem Heizbetrieb der Klimatisierungseinrichtung bedarfsabhängig die Wärmesenke vom Wärmeträgermedium zumindest teilweise umgangen wird. Bei einem Kühlbetrieb kann vorgesehen sein, dass die Wärmequelle vom Wärmeträgermedium zumindest teilweise umgangen wird. Das Wärmeträgermedium kann jeweils zumindest teilweise durch den Umgehungsabschnitt strömen.
Günstig ist es, wenn mit der Klimatisierungseinrichtung ein Heizbetrieb ausführbar ist, bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen mindestens einem Reaktandenspeicher und dem zweiten Reaktionsspeicher freigegeben ist und der zweite Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird, wobei die Luftführung derart eingestellt ist, dass die Luft vom Lufteintritt zumindest zum Teil über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt ist, wobei vorzugsweise die Luft vom Lufteintritt zum Teil über die Wärmesenke sowie den ersten Reaktionsspeicher zum Abluftaustritt geführt ist. Ein derartiger Heizbetrieb wird vorzugsweise bei Inbetriebnahme der Klimatisierungseinrichtung bei niedrigen Umgebungstemperaturen ausgeführt. Durch die Aufladung des zweiten Reaktionsspeichers wird Wärme freigesetzt, über die die Brauchluft zusätzlich zur Aufheizung mit der Wärmequelle aufgeheizt werden kann. Zwischen die Wärmequelle und den Umgebungswärmetauscher ist vorzugsweise das vorstehend erwähnte Expansionsventil geschaltet.
Die Wärmesenke kann über den Umgehungsabschnitt zumindest teilweise umgangen werden. Die aufzuheizende Luft wird beispielsweise über den zweiten Strömungsteilpfad geführt, ein weiterer Teil der Luft am Lufteintritt über den ersten Strömungsteilpfad.
Günstig ist es, wenn mit der Klimatisierungseinrichtung ein Kühlbetrieb ausführbar ist, bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben ist und der erste Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird, wobei die Luftführung derart eingestellt ist, dass die Luft vom Lufteintritt zumindest zum Teil über die Wärmesenke sowie den ersten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt ist, wobei vorzugsweise die Luft vom Lufteintritt zum Teil über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Abluftaustritt geführt ist. Ein derartiger Kühlbetrieb kann insbesondere bei Inbetriebnahme der Klimatisierungseinrichtung bei hohen Umgebungstemperaturen ausgeführt werden. Der Brauchluft kann Wärme entzogen werden, wodurch der erste Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt werden kann. Die Brauchluft kann durch den Wärmeentzug abgekühlt werden, zusätzlich zu einer Abkühlung durch die Wärmesenke der Wärmepumpe. Zwischen dem Umgebungswärmetauscher und der Wärmesenke ist vorzugweise das vorstehend erwähnte Expansionsventil geschaltet. Die Wärmequelle kann durch den vorstehend erwähnten Umgebungsabschnitt zumindest teilweise umgangen werden. Die abzukühlende Luft wird beispielsweise über den ersten Strömungsteilpfad geführt, ein weiterer Teil der Luft am Lufteintritt über den zweiten Strömungsteilpfad.
Von Vorteil ist es, wenn mit der Klimatisierungseinrichtung ein Entfeuchtungsbetrieb ausführbar ist, bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben ist und der erste Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird und/oder bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen mindestens einem Reaktandenspeicher und dem zweiten Reaktionsspeicher freigegeben ist und der zweite Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird, und wobei die Luftführung derart eingestellt ist, dass die Luft vom Lufteintritt über die Wärmesenke und den ersten Reaktionsspeicher sowie in Strömungsrichtung nachgelagert über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt ist. Die Wärmepumpe kann dadurch im Entfeuchtungsbetrieb unterstützt werden. Der erste Reaktionsspeicher kann von einem geladenen Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt werden, indem der Brauchluft Wärme entzogen und diese dadurch abgekühlt wird. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt und dadurch aufgeheizt werden, um die Brauchluft aufzuheizen. Die Abkühlung der Brauchluft an der Wärmesenke sowie gegebenenfalls am ersten Reaktionsspeicher führt zur Kondensation von mitgeführtem Wasserdampf, der zum Beispiel in Strömungsrichtung nachgelagert an einem Tröpfchenabscheider abgeschieden werden kann. In Strömungsrichtung weiter nachgelagert kann die Brauchluft durch die Wärmequelle sowie gegebenenfalls den zweiten Reaktionsspeicher aufgeheizt werden.
Beim Heizbetrieb, beim Kühlbetrieb und/oder beim Entfeuchtungsbetrieb ist es günstig, wenn eine Fluidleitung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und dem zweiten Reaktionsspeicher von der Ventileinrichtung freigegeben ist, wobei der erste Reaktionsspeicher entladen wird und der zweite Reaktionsspeicher geladen wird. Hierauf wurde bereits vorstehend eingegangen. Der Reaktand kann vom ersten Reaktionsspeicher zu dessen Entladung in den zweiten Reaktionsspeicher zu dessen Ladung strömen. Insbesondere können gesonderte Reaktandenspeicher eingespart werden.
Von Vorteil ist es, wenn die Wärmepumpe in den Kreislauf geschaltet einen Kompressor aufweist und dass die Leistung des Kompressors steigerbar ist zur Erhöhung der Temperatur der Wärmequelle, wobei diese mit dem zweiten Reaktionsspeicher thermisch gekoppelt ist, und wenn die Fluidverbindung zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben ist und der zweite Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird. Durch die Erhöhung der Temperatur der Wärmequelle kann der zweite Reaktionsspeicher direkt oder indirekt erhitzt, der Reaktand aus dem zweiten Reaktionsspeicher ausgetrieben werden und der zweite Reaktionsspeicher regeneriert werden. Dies ist zum Beispiel möglich, wenn das aufzuheizende System, etwa die Fahrgastzelle eines Fahrzeuges, nach anfänglicher Inbetriebnahme der Klimatisierungseinrichtung eine gewünschte Temperatur erreicht hat. Der Reaktand kann wieder einem Reaktandenspeicher zugeführt und für einen weiteren Aufheizbetrieb herangezogen werden.
In entsprechender Weise kann vorgesehen sein, dass die Wärmepumpe in den Kreislauf geschaltet einen Kompressor aufweist und dass die Leistung des Kompressors steigerbar ist zur Senkung der Temperatur der Wärmesenke, wobei diese mit dem ersten Reaktionsspeicher thermisch gekoppelt ist, und dass die Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben ist und der erste Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird. Durch die Senkung der Temperatur der Wärmesenke kann der erste Reaktionsspeicher direkt oder indirekt abgekühlt sowie der Druck im ersten Reaktionsspeicher gesenkt werden. Sind die Reaktionsspeicher miteinander fluidverbunden, führt dies zu einer Senkung der Regenerationstemperatur des zweiten Reaktionsspeichers, und die Regeneration wird dadurch verbessert.
Insbesondere ist es bei beiden zuletzt genannten Ausführungsformen von Vorteil, wenn die Fluidverbindung zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und dem ersten Reaktionsspeicher freigegeben ist und der erste Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird. Wie bereits erwähnt kann der erste Reaktionsspeicher einen Reaktandenspeicher bilden, in den der Reaktand aus dem zweiten Reaktionsspeicher strömen kann. Dies erlaubt es, nicht nur die Regeneration des zweiten Reaktionsspeichers für einen Heizbetrieb umzusetzen, sondern auch für den vorstehend erläuterten Kühlbetrieb. Bei der Inbetriebnahme der Klimatisierungseinrichtung mit Kühlbetrieb kann der Reaktand aus dem ersten Reaktionsspeicher unter Abkühlung der Brauchluft strömen. Im Heizbetrieb kann der Reaktand zur Aufheizung der Brauchluft in den zweiten Reaktionsspeicher strömen.
Denkbar ist auch, dass die Abwärme eines Motors des Fahrzeugs herangezogen wird, um den zweiten Reaktionsspeicher zu erhitzen und von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand zu überführen und dadurch zu regenerieren.
Als günstig erweist es sich, wenn der Kompressor zur Leistungssteigerung mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist, die in einem elektrischen Energiespeicher der Klimatisierungseinrichtung gespeichert ist.
Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug. Ein die eingangs genannte Aufgabe lösendes Fahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, umfasst mindestens eine Klimatisierungseinrichtung der voranstehenden genannten Art. Die mit der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung erzielbaren Vorteile können beim Fahrzeug ebenfalls erzielt werden, so dass auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen werden kann. Dies gilt auch für vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung.
Das Fahrzeug kann ein elektrisch betriebenes Fahrzeug sein. Insbesondere hierbei erweist sich die Klimatisierungseinrichtung als vorteilhaft, weil anders als bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor die Abwärme des Motors möglicherweise nicht ausreichend ist, um ein zügiges Aufheizen der Brauchluft ohne elektrische oder kraftstoffbetriebene Zusatzheizung sicherzustellen.
Insbesondere mündet der Brauchluftaustritt zumindest teilweise in eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs. Der Lufteintritt steht insbesondere aufstromseitig zumindest teilweise mit der Umgebung des Fahrzeugs in Fluidverbindung.
Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung der vorstehend genannten Art bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung der vorstehend genannten Art gelöst, insbesondere einer Klimatisierungseinrichtung eines Fahrzeugs, bei welchem Verfahren die Wärmepumpe betrieben wird, über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und/oder eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher wahlweise freigegeben wird und der Ladungszustand mindestens eines Reaktionsspeichers verändert wird, und bei welchem Verfahren die Luftführung derart eingestellt wird, dass die Luft wahlweise über die Wärmesenke sowie den ersten Reaktionsspeicher und/oder über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt wird.
Die mit der Klimatisierungseinrichtung erzielbaren Vorteile können bei Einsatz des Verfahrens ebenfalls erzielt werden, so dass diesbezüglich auf voranstehende Ausführungen verwiesen werden kann. Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen der Klimatisierungseinrichtung können zur Definition vorteilhafter Ausführungsbeispiele des Verfahrens herangezogen werden.
Günstig ist es, wenn über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und dem zweiten Reaktionsspeicher wahlweise freigegeben wird, wobei der erste Reaktionsspeicher und der zweite Reaktionsspeicher als jeweiliger Reaktandenspeicher des jeweils anderen Reaktionsspeichers genutzt werden.
Von Vorteil ist es, wenn mit der Klimatisierungseinrichtung ein Heizbetrieb ausgeführt wird, bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen mindestens einem Reaktandenspeicher und dem zweiten Reaktionsspeicher freigegeben wird und der zweite Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird, wobei die Luftführung derart eingestellt wird, dass die Luft vom Lufteintritt zumindest zum Teil über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt wird, wobei vorzugsweise die Luft vom Lufteintritt zum Teil über die Wärmesenke sowie den ersten Reaktionsspeicher zum Abluftaustritt geführt wird.
In vergleichbarer Weise von ist es Vorteil, wenn mit der Klimatisierungseinrichtung ein Kühlbetrieb ausgeführt wird, bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben wird und der erste Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird, wobei die Luftführung derart eingestellt wird, dass die Luft vom Lufteintritt zumindest zum Teil über die Wärmesenke sowie den ersten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt wird, wobei vorzugsweise die Luft vom Lufteintritt zum Teil über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Abluftaustritt geführt wird.
Günstig ist es, wenn mit der Klimatisierungseinrichtung ein Entfeuchtungsbetrieb ausgeführt wird, bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben wird und der erste Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird und/oder bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen mindestens einem Reaktandenspeicher und dem zweiten Reaktionsspeicher freigegeben wird und der zweite Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird, und wobei die Luftführung derart eingestellt wird, dass die Luft vom Lufteintritt über die Wärmesenke und den ersten Reaktionsspeicher sowie in Strömungsrichtung nachgelagert über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt wird.
Von Vorteil ist es, wenn eine Fluidleitung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und dem zweiten Reaktionsspeicher von der Ventileinrichtung freigegeben wird, wobei der erste Reaktionsspeicher entladen wird und der zweite Reaktionsspeicher geladen wird.
Günstig ist es, wenn die Leistung eines Kompressors der Wärmepumpe gesteigert wird und die Temperatur der Wärmequelle erhöht wird, wobei diese mit dem zweiten Reaktionsspeicher thermisch gekoppelt ist, und wenn die Fluidverbindung zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben wird und der zweite Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird, insbesondere wenn die Fluidverbindung zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und dem ersten Reaktionsspeicher freigegeben wird und der erste Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird.
In entsprechender Weise ist es günstig, wenn die Leistung eines Kompressors der Wärmepumpe gesteigert wird und die Temperatur der Wärmesenke erniedrigt wird, wobei diese mit dem ersten Reaktionsspeicher thermisch gekoppelt ist, und wenn die Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben wird und der erste Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird, insbesondere wenn die Fluidverbindung zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und dem ersten Reaktionsspeicher freigegeben wird und der zweite Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird.
Vorteilhafterweise wird die Abwärme eines Motors zum Aufheizen des zweiten Reaktionsspeichers verwendet, um diesen von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand zu überführen.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der Kompressor zur Leistungssteigerung mit elektrischer Energie beaufschlagt wird, die in einem elektrischen Energiespeicher der Klimatisierungseinrichtung gespeichert ist.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung und ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, wobei mit der Klimatisierungseinrichtung ein Heizbetrieb ausgeführt wird;
2: eine Darstellung entsprechend 1, wobei mit der Klimatisierungseinrichtung ein Kühlbetrieb ausgeführt wird und
3: eine Darstellung entsprechend 1, wobei mit der Klimatisierungseinrichtung ein Entfeuchtungsbetrieb ausgeführt wird.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine mit dem Bezugszeichen 10 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung. Die Klimatisierungseinrichtung wird umfasst von einem Fahrzeug 12, bei dem es sich insbesondere um ein elektrisch betriebenes Fahrzeug und speziell um einen elektrisch betriebenen Personenkraftwagen handeln kann.
Das Fahrzeug 12 weist eine Fahrgastzelle 14 auf. 16 kennzeichnet einen Bereich außerhalb des Fahrzeugs 12, nachfolgend als „Umgebung“ bezeichnet.
Die Klimatisierungseinrichtung 10 umfasst eine Wärmepumpe 18. Die Wärmepumpe 18 bildet einen Kreislauf 20, in dem ein Wärmeträgermedium im Kreis gefördert werden kann. Flüssiges Wärmeträgermedium kann Energie aufnehmen und dadurch verdampfen. Energie kann vom gasförmigen Wärmeträgermedium abgegeben werden, wobei das Wärmeträgermedium kondensiert.
Die Wärmepumpe 18 umfasst zum Fördern des Wärmeträgermediums eine Fördereinrichtung, insbesondere in Gestalt eines Kompressors 22. Der Kompressor 22 ist in den Kreislauf 20 geschaltet. Im Strömungsrichtung dem Kompressor 22 nachgelagert umfasst die Wärmepumpe 18 im Kreislauf eine Wärmequelle 24, einen Umgebungswärmetauscher 26, eine Wärmesenke 28 und einen Vorratsbehälter 30 für das Wärmeträgermedium.
Die Wärmequelle 24 ist ein Heizelement, beispielsweise in Gestalt eines Kondensators.
Der Umgebungswärmetauscher 26 ist zum Beispiel in einen Kühler des Fahrzeugs 12 integriert. Je nach Betriebsart der Klimatisierungseinrichtung 10 kann der Umgebungswärmetauscher 26 als Wärmequelle oder Wärmesenke (Kondensator bzw. Verdampfer) wirken. Hierauf wird nachfolgend noch eingegangen.
Die Wärmesenke 28 ist ein Kühlelement, vorzugsweise in Gestalt eines Verdampfers.
Weiter umfasst die Wärmepumpe 18 ein erstes Expansionsventil 32. Das Expansionsventil 32 kann wahlweise in den Kreislauf 20 geschaltet werden oder umgangen werden und ist in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums zwischen dem Umgebungswärmetauscher 26 und der Wärmesenke 28 angeordnet. In den Kreislauf 20 sind in der Zeichnung nicht gezeigte Ventile geschaltet, mit denen der Fluss des Wärmeträgermediums so eingestellt werden kann, dass das Expansionsventil 32 durchströmt oder umgangen wird. Diese Ventile sind von einer Steuerung 34 der Klimatisierungseinrichtung 10 ansteuerbar. Die Steuerung 34 ist beispielsweise in ein Steuergerät des Fahrzeugs 12 integriert oder von dieser ansteuerbar.
Weiter weist die Wärmepumpe 18 ein zweites Expansionsventil 36 auf. Das Expansionsventil 36 ist in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums zwischen der Wärmequelle 24 und dem Umgebungswärmetauscher 26 angeordnet. In den Kreislauf 20 sind in der Zeichnung nicht gezeigte Ventile geschaltet, mit denen der Fluss des Wärmeträgermediums so eingestellt werden kann, dass das Expansionsventil 36 wahlweise durchströmt oder umgangen wird. Diese Ventile sind von der Steuerung 34 ansteuerbar.
Die Steuerung 34 steht auch mit dem Kompressor 22 in Wirkverbindung. Beispielsweise kann die Steuerung 34 die Leistung des Kompressors 22 vorgeben.
Der Kompressor 22 kann für den Betrieb mit elektrischer Energie aus einer elektrischen Energiespeichereinrichtung 38 des Fahrzeugs 12 beaufschlagt werden. Die Energiespeichereinrichtung 38 ist insbesondere die Fahrzeugbatterie.
Die Klimatisierungseinrichtung 10 umfasst eine Luftführung 40. Die Luftführung 40 weist einen Lufteintritt 42 auf, dem ein Luftförderelement vorgelagert sein kann, zum Beispiel ein Gebläse 44.
Aufstromseitig steht der Lufteintritt 42 mit der Fahrgastzelle 14 und/oder mit der Umgebung 16 in Strömungsverbindung. Der Luftführung 40 kann dadurch zu klimatisierende Luft aus der Fahrgastzelle 14 und/oder aus der Umgebung 16 zugeführt werden. Insbesondere ist ein Gemisch aus Luft aus der Fahrgastzelle 14 und der Umgebung 16 zuführbar.
Die Luftführung 40 umfasst ferner mindestens einen Luftaustritt 46. Betriebsartbedingt kann mehr als nur ein Luftaustritt 46 vorgesehen sein. Insbesondere umfasst der mindestens eine Luftaustritt 46 einen Brauchluftaustritt 48 und einen Abluftaustritt 50. Betriebsartbedingt können der Brauchluftaustritt 48 und der Abluftaustritt 50 variieren, worauf noch eingegangen wird.
Die Wärmequelle 24 und die Wärmesenke 28 sind in einem Strömungspfad 51 vom Lufteintritt 42 zum mindestens einen Luftaustritt 46 positioniert. Die Wärmesenke 28 ist der Wärmequelle 24 vorgelagert. Betriebsartbedingt kann allerdings vorgesehen sein, dass die Wärmequelle 24 und die Wärmesenke 28 von unterschiedlichen Luftströmungen durchströmt werden (siehe unten).
Dass die Wärmesenke 28 und die Wärmequelle 24 beide im Strömungspfad positioniert sind und die Wärmesenke 28 der Wärmequelle 24 vorgelagert ist, schließt daher vorliegend insbesondere die Möglichkeit ein, dass Luft über die Wärmesenke 28 und die Wärmequelle 24 strömen kann, wobei die Wärmequelle 24 und die Wärmesenke 28 von unterschiedlichen Luftströmungen oder nacheinander von derselben Luftströmung beströmt werden können.
Der Strömungspfad 51 umfasst dementsprechend einen ersten Strömungsteilpfad 51a und einen zweiten Strömungsteilpfad 51b.
Die Luftführung 40 umfasst eine Mehrzahl von Luftführungselementen, zum Beispiel ein Luftführungselement 52 aufstromseitig der Wärmesenke 28. Ein Luftführungselement 54 ist zwischen der Wärmesenke 28 und der Wärmequelle 24 angeordnet und beispielsweise in einer Trennwand der Luftführung positioniert, die die Strömungsteilpfade 51a,b unterteilt.
Weitere Luftführungselemente 56, 58, 60 und 62 sind der Wärmesenke 28 bzw. der Wärmequelle 24 nachgelagert am mindestens einen Luftaustritt 46 angeordnet. Über die Luftführungselemente 56 bis 62 können der Brauchluftaustritt 48 und der Abluftaustritt 50 in geeigneter Weise definiert werden, abhängig vom Betrieb der Klimatisierungseinrichtung 10.
Die Luftführungselemente 52 bis 62 können in ihrer Funktionsweise identisch oder unterschiedlich ausgestaltet sein. Beispielswiese sind die Luftführungselemente 52 bis 62 wie schematisch dargestellt schwenkbare Klappen. Denkbar ist auch ein Einsatz von Schiebern.
Der erste Strömungsteilpfad 51a kann vom Lufteintritt 42 über die Wärmesenke 28 führen. Der zweite Strömungsteilpfad 51b kann vom Lufteintritt 42 über die Wärmequelle 24 führen. Bei geöffneten Luftführungselementen 60 bzw. 58 münden der erste bzw. der zweite Strömungsteilpfad 51a, 51b in die Fahrgastzelle 14 und bilden den Brauchluftaustritt 48. Bei geöffneten Luftführungselementen 62 bzw. 56 münden der erste bzw. der zweite Strömungsteilpfad 51a, 51b in die Umgebung 16 und bilden den Abluftaustritt 50.
Die Steuerung 34 steht mit den Luftführungselementen 52 bis 62 in Wirkverbindung und kann diese zur geeigneten Definition der Luftströmung in der Luftführung 40 ansteuern.
Die Wärmepumpe 18 weist einen ersten Umgehungsabschnitt 64 im Kreislauf 20 auf. Entsprechende, in der Zeichnung nicht dargestellte Ventile erlauben es, den Kreislauf 20 so zu schalten, dass die Wärmesenke 28 vom Wärmeträgermedium zumindest teilweise umgangen wird. Je nach Ventilstellung strömt das Wärmeträgermedium nur durch die Wärmesenke 28, nur durch den Umgehungsabschnitt 64 oder jeweils teilweise durch die Wärmesenke 28 und den Umgehungsabschnitt 64.
In entsprechender Weise weist die Wärmepumpe 18 einen zweiten Umgehungsabschnitt 66 auf. Entsprechende, in der Zeichnung nicht gezeigte Ventile erlauben es, den Umgehungsabschnitt 66 in den Kreislauf 20 zu schalten, so dass das Wärmeträgermedium zumindest teilweise durch den Umgehungsabschnitt 66 strömt. Je nach Ventilstellung durchströmt das Wärmeträgermedium nur die Wärmequelle 24, nur den Umgehungsabschnitt 66 und/oder teilweise die Wärmequelle 24 und teilweise den Umgehungsabschnitt 66.
Die jeweiligen Ventile zur Steuerung des Flusses an den Umgehungsabschnitten 64, 66 sind von der Steuerung 34 ansteuerbar.
Die Klimatisierungseinrichtung 10 umfasst ferner einen ersten thermischen Reaktionsspeicher 68 und einen zweiten thermischen Reaktionsspeicher 70.
Beide Reaktionsspeicher 68, 70 können mit einem Reaktanden geladen werden oder von diesem Reaktanden entladen werden. Als Reaktand kommt vorliegend insbesondere Wasserstoff zum Einsatz. Im mit dem Reaktanden geladenen Zustand sind die Reaktionsspeicher 68, 70 insbesondere Metallhydridspeicher.
Ist ein Reaktionsspeicher mit dem Reaktanden geladen, kann der Reaktand unter Aufbringung von Wärme aus dem Reaktionsspeicher ausgetrieben und dieser dadurch von einem geladenen in einen weniger geladenen Zustand überführt werden.
Umgekehrt kann der Reaktand im Reaktionsspeicher gebunden gespeichert werden, wobei dieser von einem weniger geladenen in einen geladeneren Zustand überführt wird. Dabei erwärmt sich der Reaktionsspeicher.
Die Reaktionsspeicher 68, 70 stehen über eine Fluidleitung 72 miteinander in Strömungsverbindung. Durch die Fluidleitung 72 kann der Reaktand vom Reaktionsspeicher 68 zum Reaktionsspeicher 70 strömen und umgekehrt.
In die Fluidleitung 72 ist eine Ventileinrichtung 74 geschaltet. Die Ventileinrichtung 74 ist von der Steuerung 34 ansteuerbar. Die Steuerung 34 kann dadurch die Fluidleitung 72 wahlweise freigeben und sperren. Im freigegebenen Zustand strömt der Reaktand durch die Fluidleitung 72, und im gesperrten Zustand ist dies nicht möglich.
Der Reaktionsspeicher 70 bildet einen Reaktandenspeicher für den Reaktionsspeicher 68. Wird der Reaktand aus dem Reaktionsspeicher 68 ausgetrieben, kann der Reaktand im als Reaktandenspeicher wirkenden Reaktionsspeicher 70 gespeichert werden. Beim Laden des Reaktionsspeichers 68 wird der Reaktand aus dem Reaktandenspeicher zugeführt.
Umgekehrt bildet der Reaktionsspeicher 68 einen Reaktandenspeicher für den Reaktionsspeicher 70.
Bei einer andersartigen, nicht gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung 10 kann vorgesehen sein, dass den Reaktionsspeichern 68, 70 jeweilige Reaktandenspeicher zugeordnet sind, die von den Reaktionsspeichern 68, 70 unterschiedlich sind. In diesem Fall könnte der jeweilige Reaktionsspeicher in den ihm zugeordneten Reaktandenspeicher entladen oder von diesem geladen werden. Die Reaktandenspeicher sind beispielsweise Wasserstoff-Vorratsbehälter. In diesem Fall könnte der Reaktand Wasserstoff gasförmig gespeichert sein.
Die Klimatisierungseinrichtung 10 zeichnet sich durch eine kompakte Bauform und konstruktive Einfachheit aus, bei der die Reaktionsspeicher 68, 70 zugleich als Reaktandenspeicher für den jeweils anderen Reaktionsspeicher 68, 70 wirken.
Beide Reaktionsspeicher 68, 70 sind im Strömungspfad 51 der Luftführung 40 positioniert.
Der Reaktionsspeicher 68 ist der Wärmesenke 28 zugeordnet und dieser in Strömungsrichtung nachgelagert positioniert. Der Reaktionsspeicher 68 kann vorzugsweise mit der Wärmesenke 28 direkt oder indirekt thermisch gekoppelt sein und dadurch mit der Wärmepumpe 18 gekoppelt sein. Die Wärmesenke 28 und der Reaktionsspeicher 68 sind insbesondere von Luft durchströmbar. Der Reaktionsspeicher 68 kann die Wärmesenke 28 zur direkten thermischen Kopplung vorzugsweise flächig kontaktieren (nicht gezeigt). Vorliegend ist der Reaktionsspeicher 68 von der Wärmesenke 28 beabstandet.
Der Reaktionsspeicher 70 ist der Wärmequelle 24 zugeordnet und dieser in Strömungsrichtung der Luft nachgelagert positioniert. Vorzugsweise ist der Reaktionsspeicher 70 mit der Wärmequelle 24 direkt oder indirekt thermisch gekoppelt und dadurch mit der Wärmepumpe 18 thermisch gekoppelt. Die Wärmequelle 24 und der Reaktionsspeicher 70 können insbesondere von Luft durchströmbar sein. Der Reaktionsspeicher 70 kann die Wärmequelle 24 zur direkten thermischen Kopplung vorzugsweise flächig kontaktieren (nicht gezeigt). Vorliegend ist der Reaktionsspeicher 70 von der Wärmequelle 24 beabstandet.
Die Luftführung 40 kann ein Luftführungselement 76 an der Wärmesenke 28 aufweisen, in dessen Offenstellung (nicht gezeigt) die Wärmesenke 28 von der Luft im Strömungsteilpfad 51a teilweise umgangen wird. In der Schließstellung des Luftführungselementes 76 wird die Wärmesenke 28 nicht umgangen, und Luft strömt vom Lufteintritt 42 über die Wärmesenke 28 zum ersten Reaktionsspeicher 68. Je nach Stellung des Luftführungselementes 76, die vorzugsweise kontinuierlich veränderbar ist, kann das Mischungsverhältnis abgekühlter Luft verändert und damit die Lufttemperatur aufstromseitig des ersten Reaktionsspeichers 68 eingestellt werden, so dass dessen Betriebspunkt optimiert werden kann.
In entsprechender Weise kann die Luftführung 40 ein Luftführungselement 78 an der Wärmequelle 24 aufweisen, in dessen Offenstellung (nicht gezeigt) die Wärmequelle 24 von der Luft im Strömungsteilpfad 51b teilweise umgangen wird. In der Schließstellung des Luftführungselementes 78 wird die Wärmequelle 24 nicht umgangen, und Luft strömt vom Lufteintritt 42 über die Wärmequelle 24 zum zweiten Reaktionsspeicher 70. Je nach Stellung des Luftführungselementes 78, die vorzugsweise kontinuierlich veränderbar ist, kann das Mischungsverhältnis erwärmter Luft verändert und damit die Lufttemperatur aufstromseitig des zweiten Reaktionsspeichers 70 eingestellt werden, so dass dessen Betriebspunkt optimiert werden kann.
Nachfolgend wird unter Verweis auf 1 auf einen möglichen Heizbetrieb der Klimatisierungseinrichtung 10 eingegangen. Ein derartiger Heizbetrieb kann insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen ausgeführt werden, zum Beispiel unterhalb von 5°C sowie speziell beim Start des Fahrzeuges 12, um die Fahrgastzelle 14 möglichst rasch aufzuheizen.
Zum Heizbetrieb ist das Expansionsventil 36 in den Kreislauf geschaltet, so dass der Umgebungswärmetauscher 26 als Verdampfer wirken kann. Das Expansionsventil 32 wird umgangen.
Der Umgehungsabschnitt 64 kann in den Kreislauf 20 geschaltet sein, so dass die Wärmesenke 28 zumindest teilweise umgangen wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Umgebungsabschnitt 64 nicht in den Kreislauf 20 geschaltet ist und das Wärmeträgermedium die Wärmesenke 28 durchströmt.
Die Luftführung 40 ist so eingestellt, dass am Lufteintritt 42 zugeführte Luft zumindest zum Teil der Wärmequelle 24 und dem Reaktionsspeicher 70 zugeführt werden. In Strömungsrichtung nachgelagert sind die Luftführungselemente 56, 58 geschlossen bzw. geöffnet, wobei der Brauchluftaustritt 48 am Luftführungselement 58 vom zweiten Strömungsteilpfad 51b gebildet ist.
Die Luftführungselemente 60, 62 sind geschlossen bzw. geöffnet, wobei am Luftführungselement 62 der Abluftaustritt 50 vom ersten Strömungsteilpfad 51a gebildet ist. Luft, die die Wärmesenke 28 und den Reaktionsspeicher 68 durchströmt, kann in die Umgebung 16 abgeführt werden.
Das Luftführungselement 54 ist geschlossen, so dass die Strömungsteilpfade 51a, b voneinander getrennt sind.
Zu Beginn des Heizbetriebs ist der Reaktionsspeicher 68 in einem geladenen Zustand. Bei Betriebsaufnahme wird die Ventileinrichtung zur Freigabe der Fluidleitung 72 angesteuert. Der Reaktand strömt in den Reaktionsspeicher 70, wodurch dieser sich erwärmt.
Die Wärmepumpe 18 ist in Betrieb, so dass einströmende Luft von der Wärmequelle 24 erwärmt werden kann. Die Luft kann zusätzlich vom Reaktionsspeicher 70 erwärmt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Luft auf eine höhere Temperatur erwärmt werden kann, als sie ohne Vorhandensein der Reaktionsspeicher 68, 70 erwärmt werden könnte. Die Fahrgastzelle 14 kann dadurch schneller aufgeheizt werden.
Außerdem liegt ein Vorteil der Klimatisierungseinrichtung 10 darin, dass ein günstiger Betriebspunkt der Wärmepumpe 18 erzielt werden kann. Weil die Luft nicht gänzlich allein mit der Wärmequelle 24 aufgeheizt wird, kann der Betriebspunkt der Wärmepumpe 18 passend zur Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle 24 und dem Umgebungswärmetauscher 26 gewählt werden. Hierdurch kann ein hoher Wirkungsgrad der Wärmepumpe 18 erzielt werden. Zusätzliche Wärme der Brauchluft wird über den Reaktionsspeicher 70 bereitgestellt. Erwärmte Heizluft wird der Fahrgastzelle 14 über den Brauchluftaustritt 48 zugeführt.
Das Luftführungselement 78 kann eine Offenstellung einnehmen, so dass nur ein Teil der Luft im Strömungsteilpfad 51b durch die Wärmequelle 24 strömt. Ungewärmte Luft kann mit über die Wärmequelle 24 vorgewärmter Luft gemischt werden. Dadurch lässt sich sicherstellen, dass die Temperatur am zweiten Reaktionsspeicher 70 derart ist, dass dieser in einem energetisch effizienten Bereich betrieben werden kann.
Nachfolgend wird unter Verweis auf 2 auf einen möglichen Kühlbetrieb der Klimatisierungseinrichtung 10 eingegangen.
Der Kühlbetrieb wird insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen ausgeführt, zum Beispiel oberhalb von 25°C sowie insbesondere beim Start des Fahrzeugs 12, um eine zügige Abkühlung der Fahrgastzelle 14 zu ermöglichen.
Beim Kühlbetrieb ist das Expansionsventil 32 in den Kreislauf 20 geschaltet. Der Umgebungswärmetauscher 26 wirkt dadurch als Wärmequelle, über den Wärme an die Umgebung 16 abgegeben werden kann.
Das Expansionsventil 36 ist nicht in den Kreislauf 20 geschaltet, so dass das Wärmeträgermedium von der Wärmequelle 24 unter Umgehung des Expansionsventils 36 zum Umgebungswärmetauscher strömen kann.
Der Umgehungsabschnitt 66 kann in den Kreislauf 20 geschaltet sein, so dass das Wärmeträgermedium zumindest teilweise durch den Umgehungsabschnitt 66 strömt. Es kann vorgesehen sein, dass die Wärmequelle 24 vollständig umgangen wird. Denkbar ist jedoch auch, dass der Umgehungsabschnitt 66 nicht in den Kreislauf 20 geschaltet ist.
Die Luftführung 40 ist so eingestellt, dass am Lufteintritt 42 einströmende Luft zumindest zum Teil über die Wärmesenke 28 und den Reaktionsspeicher 68 strömt. Ein Teil der Luft kann über die Wärmequelle 24 und den Reaktionsspeicher 70 zum Abluftaustritt 50 strömen. Der Abluftaustritt 50 ist am Luftführungselement 56 vom zweiten Strömungsteilpfad 51b gebildet. Die Abluft kann der Umgebung 16 zugeführt werden. Das Luftführungselement 58 ist geschlossen.
Der Brauchluftaustritt 48 ist am Luftführungselement 60 (geöffnet) am ersten Strömungsteilpfad 51a gebildet. Das Luftführungselement 62 ist geschlossen.
Das Luftführungselement 54 ist geschlossen, so dass die Strömungsteilpfade 51a, b voneinander getrennt sind.
Zu Beginn des Kühlbetriebs ist der Reaktionsspeicher 68 in einem geladenen Zustand, der Reaktionsspeicher 70 demgegenüber in einem entladenen Zustand. Die Ventileinrichtung 74 wird zur Freigabe der Fluidleitung 72 angesteuert.
Einströmende Luft strömt durch die Wärmesenke 28 und kühlt sich dabei ab. Die Luft strömt weiter durch den Reaktionsspeicher 68. Dabei kann der Luft Wärme entzogen werden. Über diese Wärme kann der Reaktand aus dem Reaktionsspeicher 68 ausgetrieben und der Reaktionsspeicher 68 dadurch von einem geladenen in den weniger geladenen Zustand überführt werden. Der Reaktand strömt in den Reaktionsspeicher 70.
Die abgekühlte Luft wird der Fahrgastzelle 14 über den Brauchluftaustritt 48 zugeführt.
Ein Vorteil bei der Klimatisierungseinrichtung 10 besteht darin, dass der Reaktionsspeicher 68 die Wärmepumpe 18 beim Kühlen unterstützt. Dadurch kann in der Fahrgastzelle zügig abgekühlte Luft bereitgestellt werden.
Die Wärmepumpe 18 kann auf einen bevorzugten Betriebspunkt eingestellt werden, der sich durch die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmesenke 28 und dem Umgebungswärmetauscher 26 bestimmt. Dadurch kann ein hoher Wirkungsgrad der Wärmepumpe 18 erzielt werden. Der Kompressor 22 kann mit vergleichsweise geringer Leistung betrieben werden. Zusätzliche „Kälte“ wird über den Reaktionsspeicher 68 bereitgestellt.
Nachfolgend wird unter Verweis auf 3 auf einen möglichen Entfeuchtungsbetrieb der Klimatisierungseinrichtung 10 eingegangen.
Beim Entfeuchtungsbetrieb ist das Expansionsventil 32 in den Kreislauf 20 geschaltet, das Expansionsventil 36 nicht. Kein Umgehungsabschnitt 64, 66 ist in den Kreislauf 20 geschaltet. Das Wärmeträgermedium durchströmt sowohl die Wärmequelle 24 als auch die Wärmesenke 28.
Die Luftführung 40 ist durch Schließen des Luftführungselementes 52 derart eingestellt, dass am Lufteintritt 42 eintretende Luft im Wesentlichen vollständig die Wärmesenke 28 und den Reaktionsspeicher 68 durchströmt. Das Luftführungselement 54 ist geöffnet und gibt eine Luftströmung zwischen dem Reaktionsspeicher 68 und der Wärmequelle 24 frei.
Das Luftführungselement 58 ist geöffnet und bildet den Brauchluftaustritt 48 des Strömungspfades 51. Die Luftführungselemente 56, 60 und 62 sind geschlossen. Dementsprechend ist ein Abluftaustritt des Strömungspfades 51 geschlossen.
Zu Beginn des Entfeuchtungsbetriebs ist der Reaktionsspeicher 68 geladen. Eintretende Luft wird durch die Wärmesenke 28 und den Reaktionsspeicher 68 abgekühlt, wie vorstehend am Beispiel des Kühlbetriebs erläutert.
Beim Abkühlen kondensiert in der Luft mitgeführter Wasserdampf, der zum Beispiel in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Tröpfchenabscheider abgeschieden werden kann.
Nachfolgend durchströmt die getrocknete Luft die Wärmequelle 24 und den Reaktionsspeicher 70. Da sich dessen Beladungszustand erhöht, kann die Luft nicht nur von der Wärmequelle 24 aufgeheizt werden, sondern auch vom Reaktionsspeicher 70, wie dies vorstehend am Beispiel des Heizbetriebs erläutert wurde.
Wie vorstehend am Beispiel des Heizbetriebs erläutert kann das Luftführungselement 78 zum Beispiel eine Offenstellung einnehmen um sicherzustellen, dass der zweite Reaktionsspeicher 70 in einem energetisch effizienten Bereich betrieben werden kann.
Im Heizbetrieb, im Kühlbetrieb und im Entfeuchtungsbetrieb der Klimatisierungseinrichtung 10 kann der Reaktionsspeicher 70 beispielsweise folgendermaßen regeneriert werden:

Die Leistung des Kompressors 22 wird gesteigert, um die Temperatur der Wärmequelle 24 zu erhöhen. Durch die Temperaturerhöhung wird auch der Reaktionsspeicher 70 erwärmt. Der Reaktand kann dadurch ausgetrieben und der Reaktionsspeicher 70 von einem geladenen in einen weniger geladenen Zustand überführt werden.

Alternativ oder ergänzend kann durch die Steigerung der Leistung des Kompressors 22 die Temperatur der Wärmesenke 28 erniedrigt werden. Dadurch wird auch die Temperatur der Reaktionsspeichers 68 erniedrigt, und es ergibt sich ein im Vergleich zum Reaktionsspeicher 70 geringerer Druck. Dies führt zu einer Senkung der Regenerationstemperatur des zweiten Reaktionsspeichers 70, wodurch dessen Regeneration verbessert wird.
Der Reaktand strömt über die Fluidleitung 72 in den Reaktionsspeicher 68, der wiederum als Reaktandenspeicher wirkt. Die Ventileinrichtung 74 kann geschlossen werden. Bei einem nachfolgenden Heizbetrieb, Kühlbetrieb oder Entfeuchtungsbetrieb steht erneut ein geladener Reaktionsspeicher 68 zur Verfügung.
Die Leistungssteigerung des Kompressors erfolgt zum Beispiel unter Zuhilfenahme von elektrischer Energie, die in der Energiespeichereinrichtung 38 gespeichert ist. Die elektrische Energie kann zum Beaufschlagen des Kompressors 22 beispielsweise dann herangezogen werden, wenn die Fahrgastzelle 14 wie gewünscht temperiert ist und die Temperatur auch von der Wärmepumpe 18, gewissermaßen ohne Zuhilfenahme der Reaktionsspeicher 68, 70, gehalten werden kann.

Claims

Klimatisierungseinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug (12), die eine Wärmepumpe (18) umfasst mit einem Kreislauf (20) für ein Wärmeträgermedium, wobei in den Kreislauf (20) eine Wärmesenke (28), eine Wärmequelle (24) und ein Umgebungswärmetauscher (26) geschaltet sind, wobei die Klimatisierungseinrichtung (10) ferner eine Luftführung (40) umfasst mit einem Lufteintritt (42) und mindestens einem Luftaustritt (46), wobei der mindestens eine Luftaustritt (46) einen Brauchluftaustritt (48) und einen Abluftaustritt (50) umfasst, wobei die Wärmesenke (28) und die Wärmequelle (24) in einem von der Luftführung (40) gebildeten Strömungspfad (51) vom Lufteintritt (42) zum mindestens einen Luftaustritt (46) positioniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimatisierungseinrichtung (10) einen ersten thermischen Reaktionsspeicher (68) aufweist, der der Wärmesenke (28) zugeordnet ist, und einen zweiten thermischen Reaktionsspeicher (70) aufweist, der der Wärmequelle (24) zugeordnet ist, mindestens einen Reaktandenspeicher (68, 70) zur Aufnahme eines Reaktanden, eine Ventileinrichtung (74), mit der eine Fluidverbindung (72) zwischen dem ersten Reaktionsspeicher (68) und mindestens einem Reaktandenspeicher (70) und/oder eine Fluidverbindung (72) zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher (70) und mindestens einem Reaktandenspeicher (68) wahlweise freigebbar oder absperrbar ist zum Ändern des Ladungszustandes mindestens eines Reaktionsspeichers (68, 70), wobei der erste Reaktionsspeicher (68) und der zweite Reaktionsspeicher (70) im Strömungspfad (51) angeordnet sind, und wobei die Luftführung (40) derart einstellbar ist, dass die Luft wahlweise über die Wärmesenke (28) sowie den ersten Reaktionsspeicher (68) und/oder über die Wärmequelle (24) sowie den zweiten Reaktionsspeicher (70) zum Brauchluftaustritt (48) führbar ist.
Klimatisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Reaktionsspeicher (68) einen Reaktandenspeicher umfasst oder bildet und dass der zweite Reaktionsspeicher (70) einen Reaktandenspeicher umfasst oder bildet und dass die Reaktionsspeicher (68, 70) über eine Fluidleitung (72) miteinander gekoppelt sind, die von der Ventileinrichtung (74) wahlweise freigebbar oder absperrbar ist.
Klimatisierungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Reaktionsspeicher (68) in Strömungsrichtung der Luft durch die Luftführung (40) der Wärmesenke (28) nachgelagert angeordnet ist und/oder dass der zweite Reaktionsspeicher (70) in Strömungsrichtung der Luft durch die Luftführung (40) der Wärmequelle (24) nachgelagert angeordnet ist.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Reaktionsspeicher (68) thermisch mit der Wärmesenke (28) gekoppelt ist und/oder dass der zweite Reaktionsspeicher (70) thermisch mit der Wärmequelle (24) gekoppelt ist.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführung (40) Luftführungselemente (52 - 62) aufweist zum Unterteilen des Strömungspfades (51) in einen ersten Strömungsteilpfad (51a) und einen zweiten Strömungsteilpfad (51b), wobei die Luft im ersten Strömungsteilpfad (51a) vom Lufteintritt (42) über die Wärmesenke (28) und den ersten Reaktionsspeicher (68) führbar ist und im zweiten Strömungsteilpfad (51b) vom Lufteintritt (42) über die Wärmequelle (24) und den zweiten Reaktionsspeicher (70), wobei die Luftführungselemente (52 - 62) so einstellbar sind, dass wahlweise der erste Strömungsteilpfad (51a) den Brauchluftaustritt (48) umfasst und der zweite Strömungsteilpfad (51b) den Abluftaustritt (50) oder umgekehrt.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführung (40) derart einstellbar ist, dass die Luft vom Lufteintritt (42) über die Wärmesenke (28) und den ersten Reaktionsspeicher (68) sowie anschließend über die Wärmequelle (24) und den zweiten Reaktionsspeicher (70) zum Brauchluftaustritt (48) führbar ist.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführung (40) ein Luftführungselement (76) im Strömungspfad (51) umfasst, in dessen Offenstellung die Wärmesenke (28) von der Luft zum Beströmen des ersten Reaktionsspeichers (68) zumindest teilweise umgehbar ist und/oder dass die Luftführung (40) ein Luftführungselement (78) im Strömungspfad (51) umfasst, in dessen Offenstellung die Wärmequelle (24) von der Luft zum Beströmen des zweiten Reaktionsspeichers (70) zumindest teilweise umgehbar ist, wobei in einer Schließstellung des jeweiligen Luftführungselementes (76, 78) die Wärmesenke (28) bzw. die Wärmequelle (24) nicht umgangen wird.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Reaktionsspeicher (68) die Wärmesenke (28) flächig kontaktiert und/oder dass der zweite Reaktionsspeicher (70) die Wärmequelle (24) flächig kontaktiert.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke und die Wärmequelle und/oder die Reaktionsspeicher von Luft durchströmbar sind.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Reaktionsspeicher (68) und/oder der zweite Reaktionsspeicher (70) im mit dem Reaktanden geladenen Zustand Metallhydridspeicher sind.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktand Wasserstoff oder Methanol ist.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (18) ein zwischen dem Umgebungswärmetauscher (26) und der Wärmesenke (28) angeordnetes Expansionsventil (32) umfasst, das wahlweise in den Kreislauf (20) zuschaltbar oder umgehbar ist und/oder dass die Wärmepumpe (18) ein zwischen der Wärmequelle (24) und dem Umgebungswärmetauscher (26) angeordnetes Expansionsventil (36) umfasst, das wahlweise in den Kreislauf (20) zuschaltbar oder umgehbar ist.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (18) im Kreislauf (20) einen Umgehungsabschnitt (64) aufweist, mit dem die Wärmesenke (28) zumindest teilweise umgehbar ist und/oder dass die Wärmepumpe (18) im Kreislauf (20) einen Umgehungsabschnitt (66) aufweist, mit dem die Wärmequelle (24) zumindest teilweise umgehbar ist.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Klimatisierungseinrichtung (10) ein Heizbetrieb ausführbar ist, bei dem über die Ventileinrichtung (74) eine Fluidverbindung (72) zwischen mindestens einem Reaktandenspeicher (68) und dem zweiten Reaktionsspeicher (70) freigegeben ist und der zweite Reaktionsspeicher (70) von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird, wobei die Luftführung (40) derart eingestellt ist, dass die Luft vom Lufteintritt (42) zumindest zum Teil über die Wärmequelle (24) und den zweiten Reaktionsspeicher (70) zum Brauchluftaustritt (48) geführt ist, wobei vorzugsweise die Luft vom Lufteintritt (42) zum Teil über die Wärmesenke (28) sowie den ersten Reaktionsspeicher (68) zum Abluftaustritt (50) geführt ist.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Klimatisierungseinrichtung (10) ein Kühlbetrieb ausführbar ist, bei dem über die Ventileinrichtung (74) eine Fluidverbindung (72) zwischen dem ersten Reaktionsspeicher (68) und mindestens einem Reaktandenspeicher (70) freigegeben ist und der erste Reaktionsspeicher (68) von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird, wobei die Luftführung (40) derart eingestellt ist, dass die Luft vom Lufteintritt (42) zumindest zum Teil über die Wärmesenke (28) sowie den ersten Reaktionsspeicher (68) zum Brauchluftaustritt (48) geführt ist, wobei vorzugsweise die Luft vom Lufteintritt (42) zum Teil über die Wärmequelle (24) und den zweiten Reaktionsspeicher (70) zum Abluftaustritt (50) geführt ist.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Klimatisierungseinrichtung (10) ein Entfeuchtungsbetrieb ausführbar ist, bei dem über die Ventileinrichtung (74) eine Fluidverbindung (72) zwischen dem ersten Reaktionsspeicher (68) und mindestens einem Reaktandenspeicher (70) freigegeben ist und der erste Reaktionsspeicher (68) von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird und/oder bei dem über die Ventileinrichtung (74) eine Fluidverbindung (72) zwischen mindestens einem Reaktandenspeicher (68) und dem zweiten Reaktionsspeicher (70) freigegeben ist und der zweite Reaktionsspeicher (70) von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird, und wobei die Luftführung (40) derart eingestellt ist, dass die Luft vom Lufteintritt (42) über die Wärmesenke (28) und den ersten Reaktionsspeicher (68) sowie in Strömungsrichtung nachgelagert über die Wärmequelle (24) sowie den zweiten Reaktionsspeicher (70) zum Brauchluftaustritt (48) geführt ist.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidleitung (72) zwischen dem ersten Reaktionsspeicher (68) und dem zweiten Reaktionsspeicher (70) von der Ventileinrichtung (74) freigegeben ist, wobei der erste Reaktionsspeicher (68) entladen wird und der zweite Reaktionsspeicher (70) geladen wird.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (18) in den Kreislauf (20) geschaltet einen Kompressor (22) aufweist und dass die Leistung des Kompressors (22) steigerbar ist zur Erhöhung der Temperatur der Wärmequelle (24), wobei diese mit dem zweiten Reaktionsspeicher (70) thermisch gekoppelt ist, und dass die Fluidverbindung (72) zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher (70) und mindestens einem Reaktandenspeicher (68) freigegeben ist und der zweite Reaktionsspeicher (70) von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird, insbesondere dass die Fluidverbindung (72) zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher (70) und dem ersten Reaktionsspeicher (68) freigegeben ist und der erste Reaktionsspeicher (68) von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (18) in den Kreislauf (20) geschaltet einen Kompressor (22) aufweist und dass die Leistung des Kompressors (22) steigerbar ist zur Senkung der Temperatur der Wärmesenke (28), wobei diese mit dem ersten Reaktionsspeicher (68) thermisch gekoppelt ist, und dass die Fluidverbindung (72) zwischen dem ersten Reaktionsspeicher (68) und mindestens einem Reaktandenspeicher (70) freigegeben ist und der erste Reaktionsspeicher (68) von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird, insbesondere dass die Fluidverbindung (72) zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher (70) und dem ersten Reaktionsspeicher (68) freigegeben ist und der zweite Reaktionsspeicher (70) von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird.
Klimatisierungseinrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (22) zur Leistungssteigerung mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist, die in einem elektrischen Energiespeicher (38) der Klimatisierungseinrichtung (10) gespeichert ist.
Fahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, umfassend mindestens eine Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
Fahrzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (12) ein elektrisch betriebenes Fahrzeug (12) ist.
Fahrzeug nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Brauchluftaustritt (48) zumindest teilweise in eine Fahrgastzelle (14) des Fahrzeugs (12) mündet und/oder dass der Lufteintritt (42) aufstromseitig zumindest teilweise mit der Umgebung (16) des Fahrzeugs (12) in Fluidverbindung steht.
Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, insbesondere einer Klimatisierungseinrichtung eines Fahrzeugs, bei welchem Verfahren die Wärmepumpe betrieben wird, über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher und/oder eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher wahlweise freigegeben wird und der Ladungszustand mindestens eines Reaktionsspeichers verändert wird, und bei welchem Verfahren die Luftführung derart eingestellt wird, dass die Luft wahlweise über die Wärmesenke sowie den ersten Reaktionsspeicher und/oder über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und dem zweiten Reaktionsspeicher wahlweise freigegeben wird, wobei der erste Reaktionsspeicher und der zweite Reaktionsspeicher als jeweiliger Reaktandenspeicher des jeweils anderen Reaktionsspeichers genutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Klimatisierungseinrichtung ein Heizbetrieb ausgeführt wird, bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen mindestens einem Reaktandenspeicher und dem zweiten Reaktionsspeicher freigegeben wird und der zweite Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird, wobei die Luftführung derart eingestellt wird, dass die Luft vom Lufteintritt zumindest zum Teil über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt wird, wobei vorzugsweise die Luft vom Lufteintritt zum Teil über die Wärmesenke sowie den ersten Reaktionsspeicher zum Abluftaustritt geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Klimatisierungseinrichtung ein Kühlbetrieb ausgeführt wird, bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben wird und der erste Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird, wobei die Luftführung derart eingestellt wird, dass die Luft vom Lufteintritt zumindest zum Teil über die Wärmesenke sowie den ersten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt wird, wobei vorzugsweise die Luft vom Lufteintritt zum Teil über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Abluftaustritt geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Klimatisierungseinrichtung ein Entfeuchtungsbetrieb ausgeführt wird, bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben wird und der erste Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird und/oder bei dem über die Ventileinrichtung eine Fluidverbindung zwischen mindestens einem Reaktandenspeicher und dem zweiten Reaktionsspeicher freigegeben wird und der zweite Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird, und wobei die Luftführung derart eingestellt wird, dass die Luft vom Lufteintritt über die Wärmesenke und den ersten Reaktionsspeicher sowie in Strömungsrichtung nachgelagert über die Wärmequelle und den zweiten Reaktionsspeicher zum Brauchluftaustritt geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidleitung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und dem zweiten Reaktionsspeicher von der Ventileinrichtung freigegeben wird, wobei der erste Reaktionsspeicher entladen wird und der zweite Reaktionsspeicher geladen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung eines Kompressors der Wärmepumpe gesteigert wird und die Temperatur der Wärmequelle erhöht wird, wobei diese mit dem zweiten Reaktionsspeicher thermisch gekoppelt ist, und dass die Fluidverbindung zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben wird und der zweite Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird, insbesondere dass die Fluidverbindung zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und dem ersten Reaktionsspeicher freigegeben wird und der erste Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung eines Kompressors der Wärmepumpe gesteigert wird und die Temperatur der Wärmesenke erniedrigt wird, wobei diese mit dem ersten Reaktionsspeicher thermisch gekoppelt ist, und dass die Fluidverbindung zwischen dem ersten Reaktionsspeicher und mindestens einem Reaktandenspeicher freigegeben wird und der erste Reaktionsspeicher von einem weniger geladenen Zustand in einen geladeneren Zustand überführt wird, insbesondere dass die Fluidverbindung zwischen dem zweiten Reaktionsspeicher und dem ersten Reaktionsspeicher freigegeben wird und der zweite Reaktionsspeicher von einem geladeneren Zustand in einen weniger geladenen Zustand überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor zur Leistungssteigerung mit elektrischer Energie beaufschlagt wird, die in einem elektrischen Energiespeicher der Klimatisierungseinrichtung gespeichert ist.