DE102014215891A1 - Wärmemanagement-System und Verfahren zum Betrieb eines solchen - Google Patents

Wärmemanagement-System und Verfahren zum Betrieb eines solchen Download PDF

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Abstract

Wärmemanagement-System (38) für ein Fahrzeug (F), mit einer Adsorptionsanlage (2), die eine Sorptionseinheit (16) mit einer Anzahl von Sorptionsbetten (4) umfasst, und die ein erstes Reservoir (20) mit einem Sorbat umfasst, wobei das erste Reservoir (20) mit der Sorptionseinheit (16) zum Be- und Entladen der Sorptionsbetten (4) verbunden ist und wobei weiterhin eine Steuereinheit (30) zum Betrieb des Wärmemanagement-Systems (38) in unterschiedlichen Betriebsmodi angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30) derart eingerichtet ist, dass das erste Reservoir (20) während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs (F) ausschließlich als Verdampfer betrieben wird und an einem Verdampferkreis (VK) zur bedarfsweisen Kühlung von zumindest einer Fahrzeugkomponente angeschlossen ist. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Wärmemanagement-Systems (38).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagement-System für ein Fahrzeug, mit einer Adsorptionsanlage, die eine Sorptionseinheit mit einer Anzahl von Sorptionsbetten umfasst, und die ein erstes Reservoir mit einem Sorbat umfasst, wobei das erste Reservoir mit der Sorptionseinheit zum Be- und Entladen der Sorptionsbetten verbunden ist und wobei weiterhin eine Steuereinheit zum Betrieb des Wärmemanagement-Systems in unterschiedlichen Betriebsmodi angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Wärmemanagement-Systems.
  • Ein derartiges Wärmemanagement-System ist beispielsweise in der DE 44 13 032 C1 beschrieben.
  • In einem Fahrzeug ist typischerweise eine Vielzahl von Fahrzeugkomponenten verbaut, die entweder Wärme generieren, beheizt werden sollen oder je nach Betriebsmodus des Fahrzeugs entweder gekühlt oder beheizt werden sollen. Beispielsweise umfasst ein Fahrzeug häufig ein Klimagerät, zur Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs. Dazu weist das Klimagerät selbst einen Kühlwärmetauscher zum Kühlen und einen Klimagerät-Wärmetauscher zum Heizen auf. Diese beiden Teile sind in einem Kältekreis angeordnet, der zusätzlich einen Kompressor und ein Expansionsventil umfasst. Der Kompressor stellt jedoch eine besonders leistungs- und kostenintensive sowie zusätzlich sehr laute Fahrzeugkomponente dar. Insbesondere da der Kompressor häufig für eine beim Start des Fahrzeugs durchaus hohe Spitzenlast von mehreren Kilowatt ausgelegt sein muss, um eine adäquate Klimatisierung zu erzielen. Zudem sind die im Kältekreis verwendeten Kältemittel typischerweise umweltschädlich.
  • Daher werden für den Betrieb in Fahrzeugen zunehmend Adsorptionsanlagen untersucht, die mittels eines zyklischen Adsorptions- und Desorptionsvorganges Wärme generieren beziehungsweise aufnehmen. Dazu wird beispielsweise ein Zeolith-Wasser-System verwendet, bei dem mittels Adsorption von Wasser am Zeolith Adsorptionswärme freigesetzt wird. Durch Beheizen des auf diese Weise beladenen Zeolithes, das heißt durch Wärmeaufnahme ist es andersherum möglich das adsorbierte Wasser zu desorbieren. Durch Verwendung einer solchen Adsorptionsanlage ist es dann möglich, auf einen herkömmlichen Kältekreis und insbesondere auf einen Kompressor sowie konventionelle Kältemittel zu verzichten.
  • Die DE 44 13 032 C1 offenbart eine Sorptionsklimaanlage mit wenigstens zwei wechselweise in einer Desorptionsphase und einer Adsorptionsphase betreibbaren Sorptionsreaktoren. Jedem dieser Sorptionsreaktoren ist ein Sprühbehälter zugeordnet, der je nach Arbeitsphase als Verdampfer oder Kondensator betrieben wird. Die Sprühbehälter sind jeweils mit einem Wärmetauscher verbunden, der entsprechend Wärme abgibt oder aufnimmt. Die Funktionsweise der Wärmetauscher wechselt nicht. Die Anlage wird typischerweise zyklisch betrieben, mit wechselnden Adsorptions- und Desorptionsphasen. In einem anderen Betriebsmodus ist es jedoch möglich, beide Sorptionsreaktoren gleichzeitig zu desorbieren und auf diese Weise eine Standklimafunktion zu realisieren.
  • In der DE 10 2012 010 154 A1 wird ein Verfahren zur Konditionierung von Raumluft in Fahrzeugen, insbesondere Schiffen beschrieben. Hierzu wird ein Absorbermedium in einem oder mehreren Klimageräten in einem offenen Sorptionsprozess mit Wasser beladen. Das beladene Absorbermedium wird dann zur Trocknung einem gemeinsamen Regenerator zugeführt. Reicht die momentan zur Verfügung stehende Energie nicht zur vollständigen Trocknung aus, ist es möglich, das Absorbermedium in einem Tank zwischenzuspeichern.
  • Die DE 10 2004 006 345 A1 offenbart einen Fahrzeugsitz mit einem Adsorptionskühler zur Kühlung der Oberfläche des Sitzes. Dazu sind zwei mittels eines Ventils verbundene Behälter vorgesehen, von denen der eine ein Arbeitsmedium enthält und der andere ein Adsorptionsmittel. Der das Arbeitsmedium enthaltene Behälter besteht in einer Weiterbildung aus einem oder mehreren flächig unterhalb des Sitzbezuges angeordneten und miteinander verbundenen Hohlräumen. Zur Kühlung wird das Ventil geöffnet, das Arbeitsmedium strömt in den anderen Behälter und wird vom Adsorptionsmedium adsorbiert. Zur Regeneration ist eine zusätzliche Heizung vorgesehen, mit der das Adsorptionsmedium bei Bedarf getrocknet wird.
  • In der DE 10 2011 109 584 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klimatisierung von verbrennungsmotorgetriebenen Fahrzeugen offenbart. Dabei wird Abwärme aus dem Abgas zum Betreiben einer Kältemaschine verwendet. Die Vorrichtung kommt hierbei ohne Kompressor aus. Desweiteren umfasst die Vorrichtung einen Speicher, mittels dessen es möglich ist, Wärme im Betrieb zu speichern und diese bei ausgeschaltetem Motor wieder zu Klimatisierungszwecken abzurufen.
  • In der US 2014/0047853 A1 ist ein Fahrzeugklima-Kontrollsystem offenbart, mit zwei zyklisch betriebenen Adsorbern, die jeweils mittels einer Anzahl von wärmerohrartigen Kammern mit einem in einem jeweiligen Tank enthaltenen Kühlmittel thermisch verbunden sind. Je nachdem, ob der jeweilige Adsorber in einem Adsorptions- oder Desorptionsmodus betrieben wird, wird dem Kühlmittel des zugeordneten Tanks Wärme entzogen oder hinzugefügt. Das Kühlmittel wird dann jeweils an zumindest einen Wärmetauscher weitergeleitet, mittels dessen eine Klimatisierung des FahrzeugInnenraums möglich ist. Ob ein Tank der Wärmeaufnahme oder -abgabe dient ist dabei vom Betriebsmodus des diesem jeweils zugeordneten Adsorbers abhängig.
  • In der DE 10 2010 022 441 A1 ist eine Fahrzeuginnenraumluft-Behandlungseinrichtung beschrieben, mit einem Luftentfeuchter, der mittels Sorption der Fahrzeuginnenraumluft Feuchtigkeit entzieht. Zusätzlich umfasst die Einrichtung ein Klimagerät mit einem Verdampfer-Wärmetauscher und einem Heizwärmetauscher zur Klimatisierung der Luft. In einer Weiterbildung ist es möglich, den Luftentfeuchter zusätzlich mit Wasser zu beaufschlagen und auf diese Weise durch Adsorption zusätzliche Wärme zum Beheizen des Innenraums zu generieren.
  • Die DE 43 34 808 C1 offenbart eine Sorptionsanlage mit einem ein Sorbat enthaltenen Vorratsbehälter und einem ein Sorbens enthaltenen Speicherbehälter. Diese sind mittels einer Leitung verbunden, um das Sorbens wahlweise mit Sorbat zu beladen oder zu entladen. Zur Trocknung des Sorbats in einer Desorptionsphase ist im Speicherbehälter eine Heizung angeordnet. Weiterhin ist im Speicherbehälter sowie im Vorratsbehälter jeweils ein Wärmetauscher angeordnet, die mittels eines Leitungssystems mit einem weiteren Wärmetauscher zur Fahrzeug-Klimatisierung verbunden sind. Dieser dient je nach Betriebsmodus entweder zum Beheizen oder zum Kühlen. In einer Weiterbildung ist durch einen zweiten Speicherbehälter ein wechselseitiger Betrieb ermöglicht, bei dem einer der Speicher im Adsorptionsbetrieb und der andere im Desorptionsbetrieb betrieben wird. Durch zusätzliche Leitungen ist es hierbei auch möglich, Adsorptionswärme des einen Speicherbehälters zur Desorption im anderen Speicherbehälter zu nutzen.
  • Die nach dem Stand der Technik insbesondere für den automobilen Bereich vorgeschlagenen Adsorptionsanlagen zur Klimatisierung des Innenraums zeichnen sich allerdings häufig durch eine lediglich prinziphafte, apparative Umsetzung des Sorptionsprinzips aus. Dabei werden insbesondere die Einbindung in die zum Betrieb der Adsorptionsanlage erforderlichen, wärmeführenden Kreisläufe oder auch die dynamischen Betriebsanforderungen nicht ausreichend berücksichtigt. Besonders bei Elektro- und Hybridfahrzeugen ist die verfügbare Abwärmemenge durch das gänzliche Fehlen oder längere Abschalten eines Verbrennungsmotors zu berücksichtigen. Aber auch bei ausschließlich mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeugen sind Betriebsmodi, in denen der Motor abgeschaltet ist oder in denen lediglich wenig Motorabwärme erzeugt wird zu berücksichtigen.
  • Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung ein möglichst flexibles und umfassendes Wärmemanagement-System anzugeben, mittels dessen es möglich ist im Rahmen eines integrierten Wärmemanagements verschiedene Wärmequellen eines Fahrzeugs möglichst optimal zu nutzen, insbesondere die auf hohem Temperaturniveau verfügbare Abwärme eines Verbrennungsmotors. Weiterhin soll eine möglichst effiziente Klimatisierung ermöglicht sein, insbesondere in verschiedenen Betriebsmodi des Fahrzeugs. Desweiteren soll ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Wärmemanagement-Systems angegeben werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelost durch ein Wärmemanagement-System mit den Merkmalen des Anspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 20. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die im Zusammenhang mit dem Wärmemanagement-System genannten Vorteile aus Weiterbildungen sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
  • Das Wärmemanagement-System ist zur Verwendung in einem Fahrzeug ausgebildet und eignet sich besonders zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Hybridfahrzeug oder auch einem rein verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeug. Alternativ ist auch eine Verwendung in einem Elektrofahrzeug denkbar. Das Wärmemanagement-System umfasst eine Adsorptionsanlage, die eine Sorptionseinheit mit einer Anzahl von Sorptionsbetten umfasst, und die ein erstes Reservoir mit einem Sorbat umfasst. Dabei wird unter erstes Reservoir insbesondere ein Reservoir eines ersten Typs verstanden. Das erste Reservoir ist mit der Sorptionseinheit zum Be- und Entladen der Sorptionsbetten verbunden. Weiterhin umfasst das Wärmemanagement-System eine Steuereinheit zum Betrieb desselben in unterschiedlichen Betriebsmodi. Die Steuereinheit ist derart eingerichtet, dass das erste Reservoir während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs ausschließlich als Verdampfer betrieben wird und an einem Verdampferkreis zur bedarfsweisen Kühlung von zumindest einer Fahrzeugkomponente angeschlossen ist.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass auf ein konventionelles Kältemittelkreislaufsystem verzichtet wird und somit auch auf die entsprechenden konventionellen Kältemittel sowie einen Kompressor, wodurch der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs vorteilhaft reduziert wird. Zudem ist ein solches Fahrzeug besonders umweltfreundlich, insbesondere, da die zum Betrieb des Wärmemanagement-Systems erforderliche Leistung aus Abwärme erzeugt wird. Vorteilhaft erfolgt die Klimatisierung demnach frei von CO2-Emissionen. Desweiteren ist es vorteilhaft möglich, auf zusätzliche Heizer zur Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs zu verzichten, wodurch wiederum Kosten und Bauraum einsparbar sind. Dies ist besonders vorteilhaft im Falle eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, bei dem auf diese Weise eine zusätzliche Belastung des Energievorrats aufgrund von Wärmemanagementfunktionen vermeidbar ist. Die entsprechende Energie steht dann insbesondere zusätzlich als Transaktionsenergie, das heißt reichweitensteigernd, zur Verfügung. Ein weiterer Vorteil besteht insbesondere darin, dass das Wärmemanagement-System ein schnelles Beheizen oder Kühlen des Innenraums des Fahrzeugs im stationären Betrieb, das heißt bei abgeschaltetem Motor oder unmittelbar nach dessen Inbetriebnahme, ermöglicht. Vorteilhafterweise wird für diese stationäre Innenraumklimatisierung insbesondere auch keine elektrische Energie benötigt.
  • Die verschiedenen Betriebsmodi sind insbesondere charakterisiert durch unterschiedliche Beheizungs- und Kühlfunktionen sowie den generellen Betriebsmodus des Fahrzeugs. Mit anderen Worten: zu einem gegebenen Zeitpunkt liegen bestimmte Gegebenheiten und Anforderungen vor, auf die das Wärmemanagement-System geeignet reagiert, um eine optimale Beheizung und Kühlung der unterschiedlichen Fahrzeugkomponenten in Abhängigkeit von zur Verfügung stehenden Wärmequellen und -senken zu erzielen. Da sich die Voraussetzungen und Anforderungen im Betrieb typischerweise ändern, wird das Wärmemanagement-System mittels der Steuereinheit entsprechend gesteuert und dessen Verhalten angepasst. Beispielsweise ist bei einem Hybridfahrzeug ein Betriebsmodus charakterisiert durch einen abgeschalteten Verbrennungsmotor und einer zwecks Kühlung des Innenraums des Fahrzeugs aktivierten Klimaanlage. Allgemein wird im Folgenden jeglicher Betriebsmodus, in dem der Verbrennungsmotor und allgemein eine Antriebsmaschine des Fahrzeugs abgeschaltet ist als stationärer Betriebsmodus bezeichnet. Demgegenüber ist der Fahrbetrieb jeder Betriebsmodus, bei dem die Antriebsmaschine eingeschaltet ist und somit insbesondere eine Wärmequelle darstellt. Zusätzlich zum Zustand der Antriebsmaschine ist ein Betriebsmodus auch durch die geforderten Kühl- und Heizfunktionen charakterisiert, im Beispiel oben durch den Zustand der Klimaanlage, die je nach Witterung entweder zum Kühlen oder zum Beheizen des Innenraums dient.
  • Durch die ausschließliche Verwendung des ersten Reservoirs als Verdampfer ist es vorteilhaft möglich, der zumindest einen Fahrzeugkomponente kontinuierlich Wärme zu entziehen, das heißt, diese zu kühlen. Durch die ausschließliche Verwendung als Verdampfer ist im Verdampferkreis insbesondere zusätzlich eine definierte Wärmesenke realisiert, die in einer Vielzahl von Betriebsmodi zur Verfügung steht. Der Verdampferkreis wird allgemein auch als Wärmemittelkreis und Sekundärkreis bezeichnet. In einer geeigneten Variante umfasst die Sorptionseinheit mehrere erste Sorptionsbetten, die jeweils ausschließlich als Verdampfer betrieben werden, wodurch insbesondere die Kapazität der Adsorptionsanlage vergrößert ist. Dabei sind die mehreren ersten Sorptionsbetten insbesondere an einen gemeinsamen Verdampferkreis angeschlossen.
  • Die Sorptionsbetten sind insbesondere als Behälter oder Gefäße für ein Sorbens ausgebildet und zur Sorptionseinheit zusammengefasst. Das Sorbens ist dabei beispielsweise ein Zeolith mit oder ohne Bindemittel. Die Sorptionsbetten sind mit dem ersten Reservoir verbunden. Das erste Reservoir dient dabei insbesondere der Speicherung eines Sorbats, beispielsweise Wasser, insbesondere mit einem stofflich beliebigen Reinheitsgrad, oder ein Wasser enthaltendes Mehrstoffgemisch; beispielsweise wird Wasser verwendet, dem ein Frostschutzmittel beigemischt ist, beispielsweise Glykol.
  • Die Sorptionsbetten sind jeweils in zumindest zwei Phasen betreibbar, nämlich einer Adsorptionsphase und einer Desorptionsphase. In der Adsorptionsphase wird dem Reservoir Sorbat entzogen und am Sorbens adsorbiert. Die dabei entstehende Adsorptionswärme, steht dann am entsprechenden Sorptionsbett als Wärme zur Verfügung. Das jeweilige Sorptionsbett stellt in diesem Fall eine Wärmequelle dar. Durch die Adsorption von Sorbat im Sorptionsbett wird weiteres Sorbat im Reservoir verdampft, wodurch sich dieses abkühlt. Das Reservoir stellt in diesem Fall eine Wärmesenke dar.
  • Zudem wirkt das Reservoir als Verdampfer, der dann zur Aufnahme von Wärme verwendbar ist, das heißt insbesondere zur Kühlung einer Fahrzeugkomponente.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die zumindest eine Fahrzeugkomponente ausgewählt aus einer der nachfolgenden Komponenten des Fahrzeugs: Kühlwärmetauscher eines Klimagerätes, Ladeluftkühler, Hochvoltspeicher, Wärmetauscher in einem Motor-Kühlkreislauf oder NT-Kreis-Wärmetauscher in einem NT-Kühlkreis. Der Kühlwärmetauscher des Klimagerätesdient dabei insbesondere der Kühlung des Innenraums des Fahrzeugs. Im Falle des Ladeluftkühlers ist es möglich, die Ladeluft eines Turboladersystems des Fahrzeugs zu kühlen, insbesondere zusätzlich zu einem konventionellen Ladeluftkühler, wodurch sich ein besonders effizienter Verbrennungsvorgang realisieren lässt. Im Falle eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs ist die Fahrzeugkomponente vorzugsweise ein Hochvoltspeicher, der zur Versorgung einer Antriebsmaschine, das heißt hier eines Elektromotors des Fahrzeugs dient.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Adsorptionsanlage ein zweites Reservoir und die Steuereinheit ist derart eingerichtet, dass das zweite Reservoir ausschließlich als Kondensator betrieben wird. Dabei wird unter zweites Reservoir insbesondere ein Reservoir eines zweiten Typs verstanden. In einer geeigneten Variante umfasst die Adsorptionsanlage mehrere zweite Reservoirs. Das zweite Reservoir ist an einem Kondensatorkreis zur bedarfsweisen Beheizung von zumindest einer Fahrzeugkomponente angeschlossen. Der Kondensatorkreis wird allgemein auch als Wärmemittelkreis bezeichnet und ist ein Sekundärkreis. Durch die ausschließliche Verwendung des zweiten Reservoirs als Kondensator ist es insbesondere möglich, Wärme aus der Adsorptionsanlage abzuführen. Dazu ist die zur bedarfsweisen Beheizung vorgesehene, zumindest eine Fahrzeugkomponente, vorzugsweise ausgewählt aus einer der nachfolgenden Komponenten des Fahrzeugs: Kondensatorkühler, Wärmetauscher in einem Motor-Kühlkreis, NT-Kreis-Wärmetauscher in einem NT-Kühlkreis. Insbesondere die Wärmeabfuhr über einen Kondensatorkühler stellt eine besonders effiziente und einfache Möglichkeit zum Ableiten von Wärme aus der Adsorptionsanlage dar.
  • Zweckmäßigerweise sind der Kondensator und der Verdampfer, das heißt das erste Reservoir und das zweite Reservoir, gleichartig ausgebildet. Dadurch ist insbesondere die Konstruktion des Wärmemanagement-Systems deutlich vereinfacht. Zudem ist im Falle eines Wärmemanagement-Systems mit lediglich einem Reservoir dieses abwechselnd als erstes und zweites Reservoir betreibbar.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest einem Reservoir ein Wärmetauscher eines Sekundärkreises zugeordnet zum Austausch von Wärme zwischen dem Reservoir und dem Sekundärkreis. Der Sekundärkreis ist allgemein ein Wärmemittelkreis und beispielsweise der Kondensatorkreis oder der Verdampferkreis. Durch diese Ausgestaltung ist ein besonders flexibler Transfer von Wärme zwischen dem Reservoir und dem jeweiligen Sekundärkreisermöglicht. Mit anderen Worten: mittels geeigneter Ausgestaltung des jeweiligen Sekundärkreises ist es möglich, eine beliebig am Fahrzeug angeordnete Fahrzeugkomponente mittels der Adsorptionsanlage zu beheizen oder zu kühlen.
  • Ein zur Zirkulation im Sekundärkreis geeignetes Wärmemittel ist beispielsweise Wasser, ein Wasser enthaltendes Mehrstoffgemisch, ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch, beispielsweise mit Glykol als Frostschutzmittel, oder generell ein pumpbares Medium.
  • Der dem Reservoir, das insbesondere entweder das erste oder das zweite Reservoir ist, zugeordnete Wärmetauscher ist beispielsweise ein Platten- oder Rohr- oder Microchannel-Wärmetauscher und das Sorbat durchfließt, umfließt oder umlagert diesen oder umgibt diesen, im Falle von Wasser beispielsweise als Eis. In einer weiteren geeigneten Alternative ist der Wärmetauscher ein Rohrbündel- oder Plattenwärmetauscher, der wenigstens an seiner zum Sorbat weisenden Seite eine Verrippung oder Verklüftung aufweist, die insbesondere eine spaltartige Geometrie derart ausbildet, dass das Sorbat darin mittels Kapillarwirkung gespeichert oder freigegeben wird. Alternativ oder zusätzlich weist der Wärmetauscher vorteilhafterweise an zumindest einer zum Sorbat weisenden Oberfläche eine poröse Beschichtung auf, beispielsweise eine Metallpulverbeschichtung. Dadurch ist es insbesondere möglich, das Sorbat mittels Kapillarwirkung in der Beschichtung einzulagern und aufgrund der entsprechend großen Oberfläche aus der porösen Beschichtung heraus besonders effizient zu verdampfen. Alternativ ist der Wärmetauscher eine in das insbesondere kondensierte Sorbat hineinragende Leitung, aus der das insbesondere gasförmige Sorbat herausströmt und auf diese Weise räumlich verteilt wird, wodurch ein besonders effizienter Wärmetransfer zwischen dem in das Reservoir eingeleiteten Sorbat und dem darin bereits vorhandenen Sorbat erfolgt. Alternativ ist der Wärmetauscher in die Wandung oder in ein Gehäuseteil des Reservoirs integriert. Hierbei ist es ebenso möglich, hochleistungsdichte Kapillarverdampfer zu verwenden, die insbesondere in Kombination mit der oben beschriebenen Steuerung des Füllstandes besonders kostengünstig und effizient sind.
  • Generell ist ein in der oben beschriebenen Weise realisierter Verdampfer oder Kondensator besonders leistungsdicht und daher besonders für den automotiven Einsatz geeignet.
  • In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind das erste Reservoir und das zweite Reservoir mittels einer Kondensatleitung verbunden, über die ein Füllstand des Sorbats in den Reservoirs eingestellt wird. Die Kondensatleitung ermöglicht dabei insbesondere ein besonders einfaches Übertragen des Sorbats vom Kondensator in den Verdampfer. Vorzugsweise wird der Füllstand im als Verdampfer betriebenen ersten Reservoir eingestellt, wodurch sich insbesondere solche Ventile einsparen lassen, die möglicherweise zum Absperren zwischen einem Reservoir und einem Sorptionsbett angeordnet sind.
  • Die Verbindungsleitung, die Kondensatleitung und generell alle Sorbat-führenden Leitungen sowie weiterhin insbesondere auch die Sorptionsbetten und die Reservoirs sind bevorzugt aus thermisch isolierenden Werkstoffen gefertigt, um einen Wärmeverlust an ungewollter Stelle zu vermeiden und lediglich an den vorgesehenen Stellen ein besonders effizientes Wärmemanagement zu realisieren.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Füllstand in den Reservoirs aktiv mittels der Steuereinheit gesteuert, insbesondere mit Hilfe einer oder mehrerer in der Kondensatleitung angeordneter Komponenten, die ausgewählt ist/sind aus den Komponenten: Dosiereinrichtung, Absperrventil, Sammelbehälter. Dadurch ist es insbesondere möglich, zumindest eines der Reservoirs kontinuierlich und besonders effizient als Verdampfer zu betreiben und ein anderes Reservoir kontinuierlich als Kondensator. Die Steuereinheit dient dabei insbesondere einem kontrollierten Einbringen von Sorbat aus dem Kondensator in den Verdampfer. Zudem ist es vorteilhaft möglich, mittels der aktiven Steuerung des Füllstands, insbesondere mittels einer Füllstandsregelung den Verdampfungsvorgang zu kontrollieren und insbesondere auch zu unterbrechen. Auf diese Weise ist es wiederum möglich die dem Verdampferkreislauf entnommene Wärmemenge zu regulieren und betrieblichen Erfordernissen anzupassen, das heißt insbesondere an Anforderungen eines jeweiligen Betriebsmodus des Fahrzeugs anzupassen.
  • Ein entlang der Kondensatleitung angeordnetes Absperrventil oder eine absperrbare Dosiereinrichtung ermöglicht insbesondere die Realisierung eines trockenfallenden Verdampfers, das heißt eines Verdampfers, in dem jegliches in diesen eingebrachtes Kondensat direkt verdampft wird. Mittels eines solchen trockenen Verdampfers ist es insbesondere möglich, ein mit diesem verbundenes Sorptionsbett ebenfalls trocken zu halten. Eine entlang der Kondensatleitung angeordnete Dosiereinrichtung ermöglicht insbesondere eine besonders einfache Förderung von Sorbat entlang der Kondensatleitung. Die Dosiereinrichtung ist beispielsweise eine Dosierpumpe. Im Falle einer sperrenden Dosierpumpe ist es insbesondere möglich, auf ein Absperrventil zu verzichten. Ein entlang der Kondensatleitung angeordneter Sammelbehälter für Sorbat ermöglicht es insbesondere, den Kondensator als nichtspeichernden Kondensator auszulegen oder entsprechend einen Kondensator mit lediglich geringem Volumen zu verwenden, beispielsweise falls der Kondensator direkt als Kühler ausgebildet ist.
  • In einer geeigneten, alternativen Ausgestaltung, in welcher das erste und das zweite Reservoir nicht jeweils ausschließlich als Verdampfer beziehungsweise Kondensator betrieben werden, ist es mittels der Kondensatleitung und einer Dosiereinrichtung vorteilhaft möglich, einen Funktionswechsel der Reservoirs besonders geeignet zu kontrollieren. Unter Funktionswechsel wird dabei verstanden, dass das erste Reservoir von einem Verdampferbetrieb in einen Kondensatorbetrieb umgeschaltet wird und/oder das zweite Reservoir entsprechend umgekehrt. Insbesondere wird auch ein Betriebszustand ermöglicht, in dem alle Reservoirs gleichzeitig entweder als Verdampfer oder als Kondensator betrieben werden.
  • Insbesondere zum Be- und Entladen der Sorptionsbetten der Sorptionseinheit sind an dieser zweckmäßigerweise ein Adsorptionskreis zur Wärmeabgabe sowie ein Desorptionskreis zur Wärmeaufnahme angeschlossen, zur Abgabe beziehungsweise Aufnahme von Wärme aus Fahrzeugkomponenten. Der Adsorptionskreis und der Desorptionskreis werden hier auch jeweils als Primärkreis bezeichnet. In den Primärkreisen zirkuliert jeweils ein geeignetes Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser, insbesondere unter einem hohen Betriebsdruck von beispielsweise mehreren 10 bar, ein Wasser enthaltendes Mehrstoffgemisch, insbesondere ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch, ein Thermoöl, insbesondere Hochtemperatur-Thermoöl, Luft, Abgas eines Verbrennungsmotors, Flüssigmetall oder zum Beispiel eutektisch gemischtes NaK. Das Wärmeträgermedium ist insbesondere geeignet für die in den Primärkreisen herrschenden Temperaturen, die beispielsweise im Bereich von 210 bis 400 °C liegen.
  • Zum Be- oder Entladen wird das jeweilige Sorptionsbett mit dem jeweiligen Primärkreis verbunden, beispielsweise mittels einer geeigneten Ventilschaltung, die von der Steuereinheit gesteuert wird. Der in einem jeweiligen Sorptionsbett angeordnete Wärmetauscher ist dann je nachdem ob das Sorptionsbett be- oder entladen wird in den Adsorptionskreis beziehungsweise den Desorptionskreis eingebunden. Insbesondere beim zyklischen Be- und Entladen eines jeweiligen Sorptionsbettes wird dieses wechselweise an den Desorptionskreis und den Adsorptionskreis angeschlossen. Dazu umfasst die Adsorptionsanlage in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Umschaltvorrichtung, mittels der jedes der Sorptionsbetten jeweils entweder mit dem Adsorptionskreis oder mit dem Desorptionskreis verbindbar ist.
  • Mittels der beiden Primärkreise in Kombination mit dem Verdampfer- und dem Kondensatorkreis, das heißt den Sekundärkreisen ist es vorteilhaft möglich, die Adsorptionsanlage sowohl zur Beheizung als auch zur Kühlung von in den Innenraum geführter Luft zu verwenden.
  • Wird ein Sorptionsbett beladen, so wird dem darin enthaltenen Sorbens ein Teil des Sorbats zugeführt und adsorbiert, das Sorptionsbett wird somit in der Adsorptionsphase betrieben. Die dabei anfallende Adsorptionswärme ist dann vorteilhaft über den Adsorptionskreis abführbar und wird insbesondere den darin angeordneten Fahrzeugkomponenten zugeführt, wodurch diese beheizt werden. Dabei wird unter im Adsorptionskreis angeordneter Fahrzeugkomponente insbesondere verstanden, dass im Adsorptionskreis ein Wärmetauscher angeordnet ist, zur Übertragung von Wärme an die Fahrzeugkomponente oder an die Umgebungsluft, beispielsweise über einen Kondensator- oder Umgebungskühler.
  • Zur selektiven Beheizung lediglich eines Teils der im Adsorptionskreis angeordneten Fahrzeugkomponenten sind zweckmäßigerweise Ventile angeordnet, die insbesondere mittels der Steuereinheit geeignet geschaltet werden, insbesondere in Abhängigkeit des Betriebsmodus des Fahrzeugs.
  • Die Fahrzeugkomponenten zur Aufnahme von Wärme aus dem Adsorptionskreis sind bevorzugt ausgewählt aus einer oder einer Kombination der nachfolgenden Komponenten des Fahrzeugs: Heizwärmetauscher eines Klimagerätes, Kaltstart-Heizer für den Innenraum, Enteisungsvorrichtung für eine oder mehrere Scheiben, Schnellaufheizung für den Innenraum, Motorölheizung, Hochvoltspeicherheizung, Katalysatorheizung, Standheizung, Unterflurkühler. Diese Fahrzeugkomponenten eignen sich besonders gut zur Beheizung mittels Adsorptionswärme. Insbesondere bei Kombination mehrerer Fahrzeugkomponenten im Adsorptionskreis ist es auf besonders einfache Weise möglich, unterschiedliche Fahrzeugkomponenten mittels einer gemeinsamen Wärmequelle, das heißt hier der zu einem gegebenen Zeitpunkt an den Adsorptionskreis angeschlossenen Sorptionsbetten zu beheizen. Dabei wird die Wärme insbesondere jeweils mittels eines geeigneten, an den Adsorptionskreis angeschlossenen Wärmetauschers entweder direkt an die jeweilige Fahrzeugkomponente übertragen oder an einen separaten Wärmemittelkreis übergeben, an den die jeweilige Fahrzeugkomponente zum Austausch von Wärme angeschlossen ist.
  • Die adsorbierenden Sorptionsbetten stellen einen Wärmespeicher dar, der durch Desorption regenerierbar ist. Das Desorbieren wird auch als Trocknen oder Trockenheizen bezeichnet. Das Trocknen erfolgt insbesondere in der Desorptionsphase mittels Wärme aus dem Desorptionskreis. Durch die Speicherfunktion der Sorptionsbetten ist die Wärmeabfuhr der Fahrzeugkomponenten im Desorptionskreis vorteilhaft auch zeitlich versetzt als Wärme für zu beheizende Fahrzeugkomponenten nutzbar. Insbesondere dadurch ist eine vom Betriebsmodus des Fahrzeugs unabhängige Wärmeversorgung derart realisiert, dass die jeweiligen Fahrzeugkomponenten beispielsweise auch in einem stationären Betrieb, das heißt bei ausgeschaltetem Motor beheizbar sind.
  • Wird ein jeweiliges Sorptionsbett entladen, so wird diesem mittels des Desorptionskreises Wärme zugeführt und das adsorbierte Sorbat desorbiert. Das oben im Zusammenhang mit dem Adsorptionskreis Genannte gilt sinngemäß auch für den Desorptionskreis. Insbesondere ist im Desorptionskreis zweckmäßigerweise zumindest eine wärmegenerierende Fahrzeugkomponente angeordnet, deren Abwärme zum Beheizen des jeweiligen Sorptionsbettes verwendet wird. Im Falle eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einem diesem zugeordneten Abgasstrang ist vorzugsweise zumindest ein zur Kühlung des Abgasstrangs angeordneter Abgaskühler mit dem Desorptionskreis verbunden, um Abgasabwärme zum Trocknen von Sorptionsbetten der Sorptionseinheit zu nutzen. Der Abgaskühler ist beispielsweise ein Krümmerkühler, der sich durch eine besonders hohe Entnahmewärme auszeichnet. Vorteilhafterweise wird mittels der Steuereinheit die Wärme je nach Betriebsmodus entweder an die Umgebung abgegeben oder an den Desorptionskreis. Demnach sind die Fahrzeugkomponenten zur Abgabe von Wärme an den Desorptionskreis bevorzugt ausgewählt aus einer oder einer Kombination der nachfolgenden Komponenten des Fahrzeugs: Abgaskühler, Wärmetauscher im Motorkühlkreis, elektrischer Heizer, Krümmerkühler, Wärmetauscher in einer Fahrzeugbremse.
  • Mittels der beiden Primärkreisläufe ist es vorteilhaft möglich, die Adsorptionsanlage zum Einen unter Nutzung von Abwärme aus einer oder mehrerer Fahrzeugkomponenten zu betreiben, das heißt zumindest einen Teil der Sorptionsbetten zu trocknen, und zum Anderen unter Nutzung des Adsorptionskreises rückzukühlen. Im Falle eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor ist es beispielsweise möglich die Adsorptionsanlage sowohl unter Nutzung von verbrennungsmotorischer Abwärme aus dem Abgas zu betreiben, als auch unter Nutzung eines Kühlers direkt in die Umgebung rückzukühlen. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass die Wärmequelle zum Beheizen und die Wärmesenke zum Rückkühlen in separaten Kreisläufen, nämlich den beiden Primärkreisläufen angeordnet sind und daher systematisch eine bei konventionellen, bekannten Verbrennungsmotor-Kühlkreisen üblicherweise auftretende Belastung desselben vermieden wird. Mit anderen Worten: es erfolgt vorteilhaft kein Wärmeeintrag in denjenigen Kühlkreis, an den der Verbrennungsmotor angeschlossen ist.
  • Die Adsorptionsanlage weist eine Gesamtkapazität auf, die von der Anzahl an Sorptionsbetten und Reservoirs abhängt. Um eine für ein bestimmtes Fahrzeug geeignete Gesamtkapazität bereitzustellen sind in einer geeigneten Weiterbildung daher mehrere Sorptionsbetten und mehrere erste Reservoirs und/oder mehrere zweite Reservoirs angeordnet. Die mehreren Reservoirs sind zweckmäßigerweise verteilt angeordnet, um an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs verschiedene Wärmemanagementfunktionen zu ermöglichen und zu durchzuführen.
  • Bevorzugterweise ist mehreren, insbesondere jedem der Sorptionsbetten ein Wärmetauscher zugeordnet und jeder der Wärmetauscher ist entweder im Adsorptionskreis oder im Desorptionskreis angeordnet, zum Austausch von Wärme zwischen dem Sorptionsbett und dem Adsorptionskreis beziehungsweise dem Desorptionskreis. Hierdurch ist ein besonders flexibles Wärmemanagement realisierbar. Im Betrieb ist es insbesondere möglich, dass ein jeweiliger Wärmetauscher abwechselnd an den Adsorptionskreis und den Desorptionskreis angeschlossen wird und während des Wechsels kurzzeitig mit keinem der beiden Kreise verbunden ist. Insbesondere bildet jeder dieser Wärmetauscher mit jeweils einem Sorptionsbett eine Baugruppe, die bevorzugterweise eine funktional und gestalterisch integrierte Baugruppe ist. Hierdurch ist eine besonders kompakte Adsorptionsanlage realisierbar. Beispielsweise ist der Wärmetauscher ein Platten- oder Rohr- oder Microchannel-Wärmetauscher und das Sorbens umgibt diesen oder umfließt diesen als Formelement oder als Schüttgut oder als fließfähiges Sorbens, das mit einer geeigneten Umfassung angeordnet oder angebracht ist. In einer weiteren geeigneten Alternative ist der Wärmetauscher ein Rohrbündel- oder Plattenwärmetauscher, der wenigstens an seiner zum Sorbens weisenden Seite eine Verrippung aufweist, die insbesondere auch zur Fixierung des Sorbens oder einer Schüttung aus Sorbens dient. Die oben genannten Ausgestaltungen und Vorteile der Reservoirs mit Wärmetauscher gelten analog auch für die Sorptionsbetten mit Wärmetauscher.
  • Vorteilhafterweise sind die Sorptionsbetten, genauer: die jeweiligen Wärmetauscher in den Sorptionsbetten im Adsorptionskreis oder im Desorptionskreis in Serie schaltbar. Insbesondere sind diese Wärmetauscher wahlweise in Serie oder parallel zueinander schaltbar. Im Falle des Desorptionskreises ist es durch Schalten dann insbesondere möglich, die zugehörigen Sorptionsbetten wahlweise entweder direkt aus der Wärmequelle der Desorptionskreises zu versorgen oder durch In-Serie-schalten aus einem entsprechend vorgeschalteten Sorptionsbett. Dadurch lässt sich die Wärme der im Desorptionskreis angeordneten Wärmequelle und insbesondere die Abwärme eines Abgasstroms energetisch besonders effizient nutzen. Bei in Serie geschalteten Sorptionsbetten ist es zudem vorteilhaft möglich, zunächst eine Vor-Desorption einzelner Sorptionsbetten durchzuführen und nach Umschalten in einen Parallelbetrieb die Desorption abzuschließen. Das Abschließen der Desorption wird auch als Fertig-Desorbieren bezeichnet. Bei Serienschaltung ist die Rücklauftemperatur eines im Desorptionskreis zirkulierenden Wärmeträgermediums vorteilhaft nach einem seriellen Durchströmen mehrerer Sorptionsbetten signifikant reduziert.
  • Durch eine insbesondere zu oben beschriebenem Parallelbetrieb zusätzliche Parallelschaltung von weiteren Sorptionsbetten lässt sich insbesondere die Kapazität der Adsorptionsanlage im Sinne einer Skalierbarkeit oder eines Baukastenkonzepts anpassen. Dabei werden vorzugsweise jeweils mehrere Sorptionsbetten zu einer Sorptionsbett-Gruppe zusammengefasst. Bei oben beschriebener Serien- und Parallelschaltung werden dann mehrere Sorptionsbett-Gruppen zueinander seriell oder parallel verschaltet, anstelle einzelner Sorptionsbetten.
  • Vorteilhafterweise ist auch eine Mischschaltung möglich. Vorzugsweise werden die jeweiligen Wärmetauscher im Adsorptionskreis oder im Desorptionskreis mittels der Steuerung in Serie und/oder parallel zueinander geschaltet, wodurch das Wärmemanagement-System in besonders geeigneter Weise zur Reaktion auf die dynamischen Voraussetzungen und Anforderungen des Fahrzeugs ausgebildet ist. Zum Umschalten zwischen einer seriellen und einer parallelen Schaltung der Sorptionsbetten, ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung mehreren oder allen Sorptionsbetten jeweils ein Umschaltventil vorgeschaltet. Dabei wird unter Umschalten zwischen der seriellen und der parallelen Schaltung insbesondere ein Umschalten zwischen dem Vor-Desorbieren eines Sorptionsbettes und dem Fertig-Desorbieren verstanden.
  • Für den Adsorptionskreis gilt entsprechend analog, dass mittels Umschalten die Adsorptionswärme der Sorptionsbetten des Adsorptionskreises entweder direkt über die Wärmesenke des Adsorptionskreises abführbar ist oder im Falle einer Serienschaltung zunächst an ein nachgeschaltetes Sorptionsbett weitergereicht wird. Dadurch lässt sich insbesondere eine bei der Adsorption als sensitive Wärme verbliebene Restwärme aus der vorhergehenden Desorptionsphase des Sorptionsbettes auf einem deutlich höheren Temperaturniveau in die Umgebung abführen. Das energetische Rückkühlpotential insbesondere eines Umgebungskühlers ist auf diese Weise vorteilhaft verbessert. Dabei werden einzelne Sorptionsbetten zunächst abgekühlt und anschließend fertig adsorbiert. Insbesondere im Falle einer Serienschaltung ist die Vorlauftemperatur eines im Adsorptionskreis zirkulierenden Wärmeträgermediums im zeitlichen Mittel vorteilhaft erhöht.
  • Beim Be- und Entladen eines jeweiligen Sorptionsbettes durchläuft dieses den oben bereits angedeuteten Zyklus von folgenden vier Phasen. Erstens: Vor-Adsorbieren im Adsorptionskreis; zweitens: Fertig-Adsorbieren und darauffolgendes Umschalten in den Desorptionskreis; drittens: Vor-Desorbieren im Desorptionskreis; viertens: Fertig-Desorbieren und darauffolgender Wechsel in den Adsorptionskreis. Dabei sind weitere Zwischenphasen prinzipiell denkbar. Im Betrieb werden insbesondere die Sorptionsbetten je nach Bedarf zeitlich versetzt betrieben, insbesondere geregelt, wodurch ein besonders dynamisches und flexibles Wärmemanagement ermöglicht ist. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Anzahl der jeweils zu einem gegebenen Zeitpunkt an einer der jeweiligen Phasen beteiligten Sorptionsbetten, das heißt die Menge oder Masse an Sorbens, das in dieser Phase bereitsteht oder beteiligt ist. Diese Masse wird vorteilhafterweise situations- und betriebsabhängig angepasst, wodurch eine optimale Reaktion des Wärmemanagement-Systems auf die jeweils vorliegenden Anforderungen erfolgt.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind eine Anzahl von Sorptionsbetten und eine Anzahl von Reservoirs mittels einer als zentrale Dampfleitung ausgebildeten Verbindungsleitung miteinander verbunden und bilden insbesondere jeweils einen geschlossenen Fluidraum. Hierdurch ist es möglich, komplexe Heiz- und Kühlaufgaben besonders einfach apparativ umzusetzen. Die Reservoirs, die Sorptionsbetten und die zentrale Dampfleitung bilden dabei insbesondere jeweils einen unterdruckfesten, geschlossenen Fluidraum, in dem das Sorbat zirkuliert. Insbesondere sind prinzipiell alle Sorptionsbetten und alle Reservoirs an die zentrale Dampfleitung anschließbar, wobei zu einem gegebenen Zeitpunkt und in einem gegebenen Betriebsmodus des Fahrzeugs lediglich eine Teilanzahl der Sorptionsbetten und Reservoirs miteinander verbunden ist, insbesondere strömungstechnisch verbunden, das heißt Sorbat-führend. Durch eine geeignete Anordnung von Gasventilen sind die verschiedenen Reservoirs und Sorptionsbetten im Wesentlichen beliebig miteinander verbindbar. Dadurch ist ein besonders flexibles Wärmemanagement-System dahingehend realisiert, dass je nach Anforderung des aktuellen Betriebsmodus des Fahrzeugs mittels der Steuereinheit eine optimale und besonders effiziente Verschaltung einstellbar ist oder eingestellt wird.
  • Insbesondere ist es möglich, die Heizleistung im Adsorptionskreis oder die Kühlleistung im Verdampferkreis durch ein oder mehrere geeignet angebrachte Regelventile, das heißt insbesondere geregelte Gasventile in der Verbindungsleitung, insbesondere in Form einer zentralen Dampfleitung zwischen einem ersten Reservoir und einem Sorptionsbett gezielt auszuwählen oder anzupassen. Als Gasventile sind dabei sowohl vakuumfeste Ventile zum Absperren von Gasleitungen geeignet, als auch klein-bauende Sonderbauformen. Insbesondere in Kombination mit der Steuerung des Füllstands ist auf diese Weise eine für den Betrieb besonders günstige Kombination von dynamischem, lediglich mäßig dichtem, dagegen jedoch kostengünstigem Klappenventil und langsamem, jedoch unbegrenzt trockenem Verdampfer realisiert. Dabei wird unter unbegrenzt trockenem Verdampfer verstanden, dass mittels der Steuerung des Füllstands lediglich bedarfsweise Sorbat aus dem Kondensator in den Verdampfer übertragen wird und sich daher im Verdampfer im Wesentlichen kein Sorbat ansammelt. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte, zeitlich unbegrenzte Wärmespeicherfunktion der Adsorptionsanlage realisiert, die zudem apparativ und betrieblich besonders einfach ausgestaltet ist. Zusätzlich ist eine solche Adsorptionsanlage zweckmäßig frei von kostenintensiven und schweren Vakuumventilen.
  • Die Steuereinrichtung ist geeigneterweise derart ausgebildet, dass durch Umschalten einer Anzahl von Ventilen entlang der als zentrale Dampfleitung ausgebildeten Verbindungsleitung mehrere Abschnitte gebildet werden und für jeden Abschnitt separat eine Funktion, insbesondere Kühl- oder Heizfunktion ausgewählt wird. Auf diese Weise sind insbesondere mehrere Heiz- und/oder Kühlaufgaben gleichzeitig durchführbar, das heißt, unterschiedliche Fahrzeugkomponenten sind in verschiedenen Kombinationen wahlweise beheizbar und/oder kühlbar. Durch das Bilden mehrere Abschnitte wird die Adsorptionsanlage in mehrere Untereinheiten aufgeteilt, die vorteilhaft unterschiedliche Funktionen ausüben. Unter Funktion wird dabei insbesondere entweder ein Beheizen oder ein Kühlen einer bestimmten oder mehrerer bestimmter Fahrzeugkomponenten verstanden. Beispielsweise dient ein Abschnitt dem Kühlen des Innenraums, während ein anderer Abschnitt eine Motorölheizung mit Wärme versorgt. Das Wärmemanagement ist dadurch gleichzeitig für eine Vielzahl von Wärmemanagementfunktionen verwendbar.
  • Bevorzugterweise ist zumindest ein Reservoir integriert, welches als insbesondere flächiges Thermopanel ausgebildet ist, zur direkten Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs oder zur direkten Temperierung einer Fahrzeugkomponente, wodurch insbesondere der Komfort und das Wärmemanagement im Fahrzeug besonders verbessert sind. Das Thermopanel ist insbesondere ein flächiges Behältnis für Sorbat, demnach ein zweites Reservoir und wird auch als Komfortpanel oder Panel bezeichnet. Unter direkter Klimatisierung oder direkter Temperierung wird insbesondere verstanden, dass ein zwischengeschalteter Sekundärkreis, beispielsweise ein Verdampfer- oder Kondensatorkreis entfällt und der dabei sonst nötige Wärmetauscher eingespart wird. Stattdessen wirkt das Thermopanel selbst als Wärmetauscher direkt mit der Umgebungsluft im Innenraum oder der Fahrzeugkomponente. Insbesondere ist hierbei lediglich eine Wärmetauscherfläche ausgebildet, nämlich die Kontaktfläche des Behältnisses mit dessen Umgebung oder der Fahrzeugkomponente.
  • Das Thermopanel ist an einer Vielzahl von verschiedenen Stellen im Fahrzeug verbaubar und ermöglicht dadurch eine besonders gezielte Klimatisierung oder Temperierung. Beispielsweise ist das Thermopanel in einem Sitz des Fahrzeugs verbaut, in einer Kopfstütze, in einer Lehne, am Lenkrad, an einem sonstigen Bedienelement, im Fußraum, am Dachhimmel, an einer Türinnenverkleidung oder in einer Tür angeordnet. Zur Temperierung einer Fahrzeugkomponente ist das Thermopanel beispielsweise im Gehäuse eines Steuergerätes, eines Elektromotors, eines Luftführungselementes oder eines Rückspiegels integriert. Allgemein ermöglicht insbesondere die flächige Ausgestaltung eine besonders hohe Flexibilität bezüglich der Positionierung des Thermopanels. Da dieses direkt wirkt und nicht mittels eines zusätzlichen Wärmetauschers und einem daran angeschlossenen Sekundärkreis, ist insbesondere auch dessen Bauweise deutlich vereinfacht, der benötigte Bauraum reduziert und somit sind auch die Kosten in der Fertigung geringer. Zudem wirkt das Thermopanel zweckmäßigerweise je nach Betriebsmodus des Fahrzeugs heizend oder kühlend. Um einen besonders hohen Nutzen zu erzielen sind in einer bevorzugten Ausgestaltung mehrere Thermopanels im Fahrzeug verteilt angeordnet.
  • Da ein Thermopanel insbesondere aufgrund der flächigen Ausgestaltung möglicherweise ein lediglich geringes Volumen aufweist, wird das Thermopanel zweckmäßigerweise wie oben bereits allgemein für ein Reservoir beschrieben mit einem Sammelbehälter verbunden. Vorzugsweise sind ein oder mehrere Thermopanels über eine Kondensatleitung mit anderen Reservoirs verbunden, insbesondere in ähnlicher Weise, wie dies oben im Zusammenhang mit der Kondensatleitung zwischen dem ersten und dem zweiten Reservoir beschrieben wurde. Mittels eines zentralen Sammelbehälters ist es dann insbesondere möglich, Sorbat aus den Thermopanels aufzufangen und bei Bedarf wieder an diese abzugeben. Zweckmäßigerweise sind die Thermopanels mit dem ersten und dem zweiten Reservoir über eine Kondensatleitung verbunden, wodurch ein besonders flexibles Kondensatmanagement realisiert ist, das wiederum ein besonders flexibles Wärmemanagement mittels der Thermopanels ermöglicht.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst das Wärmemanagement-System ein Klimagerät mit einem Kühlwärmetauscher, wobei der Kühlwärmetauscher durch eines der ersten Reservoirs gebildet ist. Auf diese Weise ist die Verwendung eines separaten Kühlwärmetauschers in einem Klimagerät vorteilhaft vermeidbar, wodurch das Wärmemanagement-System wiederum kostengünstiger herzustellen ist. Ähnlich dem oben erwähnten Thermopanel ist es prinzipiell möglich, den Verdampfer in diesem Fall ohne separaten Wärmetauscher zu realisieren und auf einen Verdampferkreis zu verzichten, wodurch der Gesamtaufbau besonders vereinfacht ist und zudem der benötigte Bauraum reduziert wird.
  • Der Kondensator der Adsorptionsanlage ist in einer vorteilhaften Variante direkt am Umgebungskühler montiert. Insbesondere entfällt hierbei ein zwischengeschalteter Kondensatorkreis, wodurch der benötigte Bauraum deutlich reduziert ist und das Wärmemanagement-System insgesamt kostengünstiger ist. In einer vorteilhaften Variante dient das als Kondensator betriebene zweite Reservoir der Adsorptionsanlage direkt als Kondensatorkühler, wodurch ein separater Kondensatorkreis verzichtbar ist. Der Kondensator wirkt dann insbesondere direkt als Wärmetauscher zur Abgabe von Wärme an die Umgebung.
  • In einer geeigneten Variante umfasst das Wärmemanagement-System einen Hilfskältekreis, auch als Miniatur-Kältekreis bezeichnet, mit einem Expansionsorgan, insbesondere Expansionsventil und einem Kompressor, wobei im Hilfskältekreis ein erster Kältekreis-Wärmetauscher angeordnet ist, zum Austausch von Wärme mit dem Verdampferkreis, und ein zweiter Kältekreis-Wärmetauscher angeordnet ist, zum Austausch von Wärme entweder mit dem Kondensatorkreis oder mit der Umgebung oder mit einem NT-Kühlkreis. Mittels des Hilfskältekreises ist es insbesondere möglich, auf konventionelle Weise zusätzliche Leistung zur Klimatisierung bereitzustellen, falls beispielsweise die Leistung der Adsorptionsanlage nicht ausreicht. Mittels der Kältekreis-Wärmetauscher ist zusätzliche Wärme in den Kondensatorkreis, in die Umgebung oder in einen NT-Kühlkreis übertragbar und ebenso zusätzliche Wärme aus dem Verdampferkreis entnehmbar. Dabei entspricht der Hilfskältekreis prinzipiell einem herkömmlichen Kältekreis, ist jedoch aufgrund der im Vergleich dazu reduzierten Anforderungen bezüglich der Leistung deutlich geringer auslegbar, beispielsweise mit weniger als der halben Leistung konventionelle Kältekreise und damit kostengünstiger sowie energieeffizienter. Mit anderen Worten: der Hilfskältekreis ist gegenüber den üblichen Auslegungen stark leistungsreduziert ausgelegt, insbesondere lediglich zur Klimatisierung bis auf ein festgelegtes kundenrelevantes Leistungsmaß. Durch diese Ausgestaltung wird zudem eine Hybridklimaanlage ausgebildet, welche zum Einen die energetischen Vorteile einer Abwärmenutzung realisiert, sobald oder solange hierfür im Fahrzeug ausreichend Abwärme verfügbar ist, insbesondere Abwärme von Fahrzeugkomponenten. Bei längeren Betriebsphasen mit lediglich geringer Abwärme, wie beispielsweise bei Staufahrten, Stop-and-Go-Fahrten, Langsamfahrten, wiederholten Kurzstreckenfahrten oder Rangierfahrten wird dann der Hilfskältekreis mittels der Steuereinheit ergänzend hinzu geschaltet, das heißt insbesondere energetisch nachrangig zur eigentlichen Adsorptionsanlage aktiviert.
  • Durch Kombination einiger oder aller der vorgenannten Merkmale ist es insbesondere möglich, das Wärmemanagement-System als sogenanntes integriertes Wärmemanagement-System für ein Fahrzeug auszubilden. Die Auswahl der Funktionsumfänge, das heißt der mit dem Wärmemanagement-System verbundenen Fahrzeugkomponenten hängt dabei insbesondere von der Antriebskonfiguration eines Fahrzeugs ab. Mittels geeigneter Auslegung ist es insbesondere möglich, das Wärmemanagement-System entweder für ein ausschließlich mit einem Verbrennungsmotor betriebenes Fahrzeug zu verwenden, als auch für ein Hybridfahrzeug, auch als PHEV bezeichnet oder für ein Elektrofahrzeug, auch als BEV bezeichnet.
  • Je nach Auswahl oder Kombination der oben erwähnten Merkmale und Ausgestaltungen lassen sich mit dem Wärmemanagement-System zudem weitere Vorteile erzielen. So erfolgt eine signifikante, kundenwerte Verbrauchs- und CO2-Reduktion insbesondere durch Wegfallen eines für den Betrieb eines mechanisch oder elektrisch betriebenen Klimakompressors erforderlichen Leitungsbedarfs, typischerweise im Kilowatt-Bereich, durch Reduktion des Kraftstoffmehrverbrauchs bei einem Motorkaltstart, durch eine verbesserte Effizienz eines möglicherweise vorhandenen Verbrennungsmotors mittels zusätzlicher Ladeluftkühlung sowie durch Entfall des Kraftstoffbedarfs für den Betrieb einer konventionellen Standheizung oder einer mittels eines Generators betriebenen elektrischen Heizung. Weiterhin entfällt der zyklusrelevante CO2-Beitrag, der etwa ab 2020 im Rahmen des dann zur CO2-Ermittlung relevanten WLTP-Fahrzyklus separat für den auf die Klimatisierung entfallenden Anteils mittels des spezifischen MAC-Zyklus ermittelt wird und es erfolgt damit einhergehend eine Hebung des CO2-Credits für CO2-freie Klimatisierung für das mit einer Adsorptionsanlage ausgerüstete Fahrzeug. Bei Fahrzeugen mit einem Elektroantrieb ergibt sich insbesondere eine signifikante, kundenwerte Erhöhung der praktischen Reichweite des Fahrzeugs im Elektro-Fahrbetrieb bei üblichen Heiz- oder Kühlanforderungen zur Klimatisierung des Innenraums insbesondere dadurch, dass ein Hochvoltspeicher oder allgemein ein Elektrospeicher nicht mit dem zum Betrieb eines sonst üblichen Heizers oder Klimakompressors erforderlichen elektrischen Energiebedarf belastet wird und somit zusätzliche Energie zum Antrieb des Fahrzeugs verfügbar ist.
  • Das Wärmemanagement-System ermöglicht vorteilhaft weiterhin eine insbesondere innerhalb von Sekunden verfügbare Heiz- und Kühlleistung in der Größenordnung mehrerer Kilowatt, mit der je nach Betriebsmodus, insbesondere je nach Jahreszeit entweder eine besonders schnelle Aufheizung des Innenraums und eine Sichtfreiheit im Bereich der Windschutzscheibe möglich ist oder ein besonders schnelles Abkühlen. Vorteilhaft ist im Winter eine Beheizung und im Sommer eine Kühlung von Verkleidungsflächen des Fahrzeugs realisiert, beispielsweise an der Tür-Innenverkleidung, an Armauflagen, an Cockpitverkleidungen, im Dachhimmel oder an Bedienelementen. Auf diese Weise sind besonders kundenwertige und als angenehm empfundene Kontakt- und Strahlungstemperaturen erzielbar und damit einhergehend eine Reduktion von Kühlluft, die sonst häufig mit merklicher Einströmgeschwindigkeit in den Innenraum eingeführt wird und deswegen zumeist als unangenehm empfunden wird. Zudem ist dadurch auch die Anzahl oder der Strömungsquerschnitt von im Fahrzeug verteilten Lufteinströmöffnungen vorteilhaft reduzierbar.
  • Durch Ersetzen eines konventionellen Kältekreises durch eine Adsorptionsanlage ergibt sich vorteilhaft auch ein Verzicht auf entsprechende konventionelle, häufig umweltschädliche oder gefährliche Kältemittel. Eine beispielsweise mit einem Zeolith/Wasser-System betriebene Adsorptionsanlage ist dagegen vorteilhaft weder gesundheitsgefährlich, noch umweltgefährdend, noch sicherheitsgefährdend.
  • Die hier vorgestellten Konzepte, insbesondere die Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 6, 12, 13, 14, 15, 17, 18 und 19 werden jeweils auch unabhängig von einer Kombination mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 als erfinderisch angesehen. Die Einreichung von Teilanmeldungen auf die darin beschriebenen Konzepte insbesondere auch in Kombination mit den weiteren abhängigen Ansprüchen bleibt vorbehalten. Dies betrifft daher insbesondere die Ausgestaltungen
    • – der Kondensatleitung zwischen mehreren Reservoirs mit den bevorzugten Weiterbildungen, insbesondere zur Füllstandsregelung zwischen einem als Verdampfer und einem als Kondensator betriebenen Reservoirs,
    • – der seriellen Verschaltung mehrerer Sorptionsbetten, insbesondere der einstellbaren wahlweise seriellen, parallelen oder gemischten Verschaltung,
    • – der als zentrale Dampfleitung ausgestaltete Verbindungsleitung zur Ausbildung eines gemeinsamen Fluidraums mit den Reservoirs und den Sorptionsbetten,
    • – der mittels Ventilen in unterschiedliche funktionelle Abschnitte unterteilbaren Dampfleitung,
    • – des zumindest einen als Thermopanel ausgebildeten Reservoirs, zur direkten Klimatisierung des Fahrzeugs oder zu direkten Temperierung einer Fahrzeugkomponente,
    • – des ersten Reservoirs als einen Kühlwärmetauscher eines Klimagerätes, insbesondere ähnlich einem Thermopanel zum direkten Klimatisieren des Innenraums des Fahrzeugs,
    • – des direkt als Kondensatorkühler verwendeten Kondensators der Adsorptionsanlage, insbesondere ähnlich einem Thermopanel zur direkten Abgabe von Wärme an die Umgebung, und
    • – des Hilfskältekreises, der insbesondere bezüglich der Adsorptionsanlage energetisch nachrangig und lediglich unterstützend hinzugeschaltet wird.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
  • 1 eine Adsorptionsanlage,
  • 2 eine weitere Adsorptionsanlage,
  • 3A eine zentrale Dampfleitung für eine Adsorptionsanlage,
  • 3B eine Variante der Anordnung gemäß 3A,
  • 4 eine Kondensatleitung für Reservoirs einer Adsorptionsanlage,
  • 5 ein Wärmemanagement-System,
  • 6 ein weiteres Wärmemanagement-System,
  • 7 ein weiteres Wärmemanagement-System,
  • 8A eine Mehrbettanordnung,
  • 8B eine Variante der Mehrbettanordnung gemäß 8A, und
  • 9 ein Fahrzeug mit einer Anzahl von Thermopanels.
  • Die 1 zeigt schematisch eine einfache Adsorptionsanlage 2, die als Einbett-Adsorptionsanlage ausgebildet ist. Die Adsorptionsanlage 2 umfasst ein Sorptionsbett 4, das mittels einer Verbindungsleitung 6 mit einem Reservoir 8 verbunden ist. Dabei bilden das Sorptionsbett 4, die Verbindungsleitung 6 und das Reservoir 8 einen unterdruckfesten und geschlossenen Fluidraum. Das Sorptionsbett 4 enthält ein Sorbens, beispielsweise Zeolith, und das Reservoir 8 enthält ein Sorbat, beispielsweise Wasser. Insbesondere ist dem Sorbat ein Frostschutzmittel beigemischt. Zum Unterbrechen der Verbindung zwischen dem Sorptionsbett 4 und dem Reservoir 8 ist entlang der Verbindungsleitung 6 ein Ventil 10 angeordnet. Durch Öffnen dieses Ventils 10 ist es möglich, Sorbat vom Reservoir 8 in das Sorptionsbett 4 zu übertragen und das dort eingelagerte Sorbens zu beladen. Durch diesen Adsorptionsvorgang wird insbesondere Adsorptionswärme freigesetzt, wodurch das Sorptionsbett 4 erwärmt wird. Zur Abfuhr der Adsorptionswärme ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel im Sorptionsbett 4 ein Wärmetauscher 12 angeordnet, welcher weiterhin in einem hier lediglich abschnittsweise dargestellten Primärkreis PK angeordnet ist, in dem ein Wärmemittel zirkuliert, beispielsweise ein Thermoöl.
  • Durch das Übertragen von Sorbat in das Sorptionsbett 4 wird dem Reservoir 8 Wärme entzogen, im Falle von Wasser als Sorbat insbesondere um dieses zu verdampfen. Dadurch ist es insbesondere möglich, eine Kühlfunktion zu realisieren, beispielsweise mittels eines im Reservoir 8 angeordneten Wärmetauschers 14, der wiederum an einen hier lediglich ausschnittsweise dargestellten Sekundärkreislauf SK angeschlossen ist. Auch im Sekundärkreislauf SK zirkuliert ein Wärmemittel, beispielsweise Luft oder ein Wasser-Glykol-Gemisch. Mittels des oben beschriebenen Vorganges wird im Primärkreis PK eine Heizleistung erzeugt und im Sekundärkreis SK eine Kühlleistung. Aufgrund der in diesem Betrieb erfolgenden Adsorption im Sorptionsbett 4 wird dieser Betrieb auch als Adsorptionsphase oder Adsorptionsbetrieb bezeichnet.
  • Umgekehrt ist es möglich, die oben beschriebene Anordnung in einer Desorptionsphase oder auch Desorptionsbetrieb zu betreiben. Dabei wird dem Primärkreislauf PK Wärme entzogen und über den Wärmetauscher 12 dem Sorptionsbett 4 zugeführt. Dadurch erfolgt eine Desorption des im Sorbens eingelagerten Sorbates, welches über die Verbindungsleitung 6 in das Reservoir 8 übertragen wird. Dort wird die Wärme insbesondere an den Wärmetauscher 14 und mittels diesem wiederum in den Sekundärkreislauf SK übergeben. Im Falle von Wasser als Sorbat erfolgt im Reservoir 8 insbesondere eine Kondensation, das Reservoir 8 wirkt dabei dann als Kondensator.
  • Zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer als Mehrbettanlage ausgebildeten Adsorptionsanlage 2, zeigt 2 exemplarisch eine Zweibettanlage. Diese umfasst mehrere, hier zwei Sorptionsbetten 4, die gemeinsam eine Sorptionseinheit 16 bilden. Zum Austausch von Wärme ist jedem der Sorptionsbetten 4 ein Wärmetauscher 12 zugeordnet. Jeder dieser Wärmetauscher 12 ist wiederum an einen Primärkreis PK anschließbar. Dabei sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel und generell für eine Mehrbettanlage zwei Primärkreise PK vorgesehen, um eine erste Anzahl der Sorptionsbetten 4 in einer Adsorptionsphase zu betreiben und gleichzeitig eine zweite Anzahl der Sorptionsbetten 4 in einer Desorptionsphase. Dabei ist ein in einer Adsorptionsphase betriebenes Sorptionsbett 4 an einen als Adsorptionskreis AK bezeichneten Primärkreis PK angeschlossen und ein in einer Desorptionsphase betriebenes Sorptionsbett 4 an einen als Desorptionskreis DK bezeichneten Primärkreis PK. Mittels geeigneter Umschaltventile 18 erfolgt bei Bedarf ein Umschalten derart, dass ein jeweiliges Sorptionsbett 4 an den jeweils anderen Kreis angeschlossen wird. Auf diese Weise ist ein zyklisches Be- und Entladen des jeweiligen Sorptionsbettes 4 möglich.
  • Die in der 2 gezeigte, alternative Adsorptionsanlage 2 umfasst mehrere Reservoire 8, hier nämlich ein erstes Reservoir 20 und ein zweites Reservoir 22. Diese sind jeweils über eine Verbindungsleitung 6 mit der Sorptionseinheit 16 verbunden. Dabei ist es mittels einer Anzahl von Umleitventilen 24 möglich, die Reservoire 20, 22 jeweils wahlweise mit einem der beiden Sorptionsbetten 4 zum Austausch von Sorbat zu verbinden. Entgegen der in der 1 beschriebenen Funktionsweise wird in dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel das jeweilige Reservoir 20, 22 durchgängig entweder als Verdampfer oder als Kondensator betrieben. Dadurch ist einem an das erste Reservoir 20 angeschlossenen, hier lediglich ausschnittsweise dargestellten und als Verdampferkreis VK bezeichneten Sekundärkreis SK kontinuierlich Wärme entnehmbar. Analog dazu ist es möglich, einem an das zweite Reservoir 22 angeschlossenen, und hier lediglich ausschnittweise dargestellten und als Kondensatorkreis KK bezeichneten Sekundärkreis SK kontinuierlich Wärme zu übergeben. Dabei ist es für einen kontinuierlichen Betrieb des ersten Reservoirs 20 als Verdampfer nötig, diesem bei Bedarf weiteres Sorbat zuzuführen. Daher sind das erste Reservoir 20 und das zweite Reservoir 22 mittels einer Kondensatleitung 26 verbunden. Entlang dieser ist zusätzlich ein Absperrventil 28 angeordnet, um die Übertragung von Sorbat aus dem zweiten Reservoir 22 in das erste Reservoir 20 zu steuern. Zur Steuerung des Absperrventils 28 und insbesondere auch der Umschaltventile 18 und der Umleitventile 24 ist eine mit diesen in hier näher dargestellter Weise verbundene Steuereinheit 30 angeordnet.
  • Die 3A und 3B zeigen ausschnittsweise jeweils ein weiteres Beispiel der Adsorptionsanlage 2, wobei die Verbindungsleitung 6 als zentrale Dampfleitung ausgebildet ist und Sorptionsbetten 4 und Reservoirs 8 der Adsorptionsanlage 2 miteinander verbindet. Zum bedarfsweisen Hinzuschalten oder Absperren eines Sorptionsbettes 4 oder Reservoirs 8 sind entlang der Dampfleitung 6 mehrere Ventile 10 angeordnet. Diese werden insbesondere mittels der hier nicht dargestellten Steuereinheit 30 bei Bedarf umgeschaltet. Die 3A zeigt einen Ausschnitt umfassend zwei Sorptionsbetten 4 und ein Reservoir 8, denen jeweils ein Ventil 10 vorgeschaltet ist. Die 3B zeigt einen Ausschnitt mit einem Sorptionsbett 4 und zwei Reservoirs 8, denen jeweils ein Ventil 10 vorgeschaltet ist. Zusätzlich ist entlang des zentralen Abschnittes der Verbindungsleitung 6 ein weiteres Ventil 10 angeordnet, durch das es möglich ist, die Adsorptionsanlage an dieser Stelle in zwei Abschnitte zu unterteilen. Zudem ist in der 3B lediglich einem der beiden Reservoirs 8 ein Wärmetauscher 14 zugeordnet, wohingegen das andere Reservoir 8 insbesondere nach Art eines Thermopanels 32 ausgebildet ist, welches selbst als Wärmetauscher wirkt, um direkt mit der Umgebung Wärme auszutauschen.
  • In der 4 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Kondensatleitung 26 aus 2 dargestellt. Die Kondensatleitung 26 verbindet ein erstes Reservoir 20, das als Verdampfer betrieben wird, mit einem zweiten Reservoir 22, das als Kondensator betrieben wird. Zusätzlich zum Absperrventil 28 sind in der hier gezeigten Variante ein Sammelbehälter 34 und eine Dosiereinrichtung 36 entlang der Verbindungsleitung 26 angeordnet. Dabei ermöglicht der Sammelbehälter 34 ein Speichern von Sorbat und eine entsprechend kleinvolumige Auslegung des zweiten Reservoirs 22. Die Dosiereinrichtung 36 ist hier als Dosierpumpe ausgebildet mittels welcher im Betrieb bedarfsweise Sorbat aus dem Sammelbehälter 34 in das erste Reservoir 20 übertragen wird. Durch die gezielte Zuführung von Sorbat zum als Verdampfer betriebenen ersten Reservoir 20 ist insbesondere ein sogenannter trockenfallender Verdampfer realisierbar.
  • Die 5, 6 und 7 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Wärmemanagement-Systems 38 für ein hier nicht gezeigtes Fahrzeug F. Dabei zeigt die 5 ein Wärmemanagement-System 38 mit einer Adsorptionsanlage 2, die als Einbettanlage ausgebildet ist. Dabei wird unter Einbettanlage insbesondere verstanden, dass alle Sorptionsbetten 4 der Sorptionseinheit 16 zu einem gegebenen Zeitpunkt gleichartig betrieben werden, das heißt entweder in einer Desorptionsphase oder in einer Adsorptionsphase. Insbesondere umfasst eine solche Sorptionseinheit 16 möglicherweise mehrere Sorptionsbetten 4. Jedoch ist an die Sorptionseinheit 16 lediglich ein Primärkreis PK angeschlossen. Zum Umschalten der Adsorptionsanlage 2 zwischen einem Adsorptionsbetrieb und einem Desorptionsbetrieb wird dieser Primärkreis PK entsprechend entweder als Adsorptionskreis AK oder als Desorptionskreis DK betrieben. Das Umschalten erfolgt dabei in Abhängigkeit des Betriebsmodus des Fahrzeugs F.
  • Das in 5 dargestellte Wärmemanagement-System 38 eignet sich besonders zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug. Im Fahrbetrieb, das heißt während der Benutzung des Fahrzeugs F, wird die Adsorptionsanlage 2 dann vollständig im Adsorptionsbetrieb betrieben und das an die Sorptionseinheit 16 angeschlossene Reservoir 8 wird entsprechend ausschließlich als Verdampfer betrieben. Die in diesem zum Verdampfen von Sorbat benötigte Wärme wird mittels eines Wärmetauschers 14 einem an diesem angeschlossenen Verdampferkreis VK entnommen. Dabei stell der Verdampferkreis VK einen Sekundärkreis SK dar. Eine Zufuhr von Wärme in den Verdampferkreis VK erfolgt über einen Kühlwärmetauscher 40, der Teil eines Klimagerätes 42 des Fahrzeugs F ist. Auf diese Weise ist es möglich, den Innenraum des Fahrzeugs F zu kühlen. Die in der Sorptionseinheit 16 generierte Adsorptionswärme wird über den Primärkreis PK abgeführt und beispielsweise mittels eines Umgebungskühlers 44 an die Umgebung abgegeben oder an einen Heizwärmetauscher 46 des Klimagerätes 42, zur Beheizung des Innenraums. Zur Abluft von Wärme aus der Sorptionseinheit 16 ist im Primärkreis PK insbesondere eine Adsorptionsschleife AS ausgebildet.
  • Eine Regeneration der Adsorptionsanlage 2, insbesondere der Sorptionseinheit 16 erfolgt außerhalb des Fahrbetriebs, insbesondere in einem Ladebetrieb des Fahrzeugs F. Im Ladebetrieb wird mittels der Steuereinheit 30 ein Primärkreisventil 48 im Primärkreis PK umgeschaltet, um die Adsorptionsschleife AS zu deaktivieren und eine Desorptionsschleife DS zu aktivieren. In dieser ist ein elektrischer Durchlauferhitzer 50 angeordnet, welcher das im Primärkreis PK zirkulierende Wärmemittel erwärmt. Die dazu benötigte Energie wird vorzugsweise einer hier nicht gezeigten Ladestation entnommen. Die Adsorptionsanlage 2 wird dann in einer Desorptionsphase betrieben, dabei erfolgt insbesondere eine Abfuhr von Kondensationswärme aus dem Reservoir 8 über den Verdampferkreis VK. In einem anschließenden Fahrbetrieb steht dann die Adsorptionsanlage 2 wieder zur Durchführung der oben beschriebenen Funktion zur Verfügung.
  • Zusätzlich zeigt 5 einen NT-Kreis-Wärmetauscher 52 mittels dessen es möglich ist, Wärme aus einem NT-Kühlkreis 54 des Fahrzeugs F zu entnehmen und über den Verdampferkreis VK abzuführen. Der NT Kühlkreis 54 dient dabei beispielsweise der Kühlung von hier nicht gezeigten elektrischen Leistungskomponenten des Fahrzeugs F.
  • In der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmemanagement-Systems 38 dargestellt, das sich besonders zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug eignet. Die Adsorptionsanlage 2 umfasst hierbei eine Sorptionseinheit 16 mit mehreren hier nicht näher gezeigten Sorptionsbetten 4. Die Sorptionseinheit 16 ist an einen Adsorptionskreis AK und einen Desorptionskreis DK angeschlossen. Zusätzlich umfasst die Adsorptionsanlage 2 hier ein erstes Reservoir 20, das an einen Verdampferkreis VK angeschlossen ist und ein zweites Reservoir 22, das an einen Kondensatorkreis KK angeschlossen ist. Über die vier Wärmemittelkreise AK, DK, VK, KK ist mittels der Adsorptionsanlage 2 ein umfassendes Wärmemanagement von verschiedenen Fahrzeugkomponenten des Fahrzeugs F möglich.
  • Zur Desorption wird der Sorptionseinheit 16 über den Desorptionskreis DK Wärme zugeführt, die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einem Krümmerkühler 60 eines Verbrennungsmotors 62 des Fahrzeugs F entnommen wird. In einem Verbrennungsmotorbetrieb des Fahrzeugs F ist es somit möglich, die durch den Verbrennungsmotor 62 generierte Wärme zunächst in der Adsorptionsanlage 2 zu speichern. Die gespeicherte Wärme ist dann zu einem späteren Zeitpunkt abrufbar, besonders in Betriebsmodi des Fahrzeugs F in denen der Verbrennungsmotor 62 deaktiviert ist oder lediglich eine geringe Abwärme generiert und somit nicht oder nur unzureichend als Wärmequelle zur Verfügung steht.
  • Der Adsorptionskreis AK dient der Abfuhr von Wärme, die durch Adsorption in der Sorptionseinheit 16 generiert wird. Dazu ist im Adsorptionskreis AK ein Kühler 64 angeordnet, der hier als Unterflurkühler ausgebildet ist und eine Wärmeabgabe an die Umgebung ermöglicht. Zusätzlich sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel im Adsorptionskreis AK mehrere Adsorptionskreis-Wärmetauscher (kurz: AK-Wärmetauscher) 66, 68, 70 angeordnet, die hier als Wasser-Wasser-Wärmetauscher ausgebildet sind und mittels derer eine Distribution von Wärme an verschiedenste Stellen des Fahrzeugs F möglich ist. Dadurch erfolgt eine gezielte und bedarfsweise Beheizung verschiedener Fahrzeugkomponenten. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel dient der AK-Wärmetauscher 66 der Übertragung von Wärme in einen Heizkreis K1 eines Klimagerätes 42 des Fahrzeugs F. Weiterhin dient der AK-Wärmetauscher 68 der Übertragung von Wärme in einen Hochvoltspeicherkühlkreis K2, zur Beheizung eines Hochvoltspeichers 72 des Fahrzeugs F. Eine solche Beheizung des Hochvoltspeichers 72 ist insbesondere beim Starten des Fahrzeugs F unter kalten Witterungsbedingungen sinnvoll. Der ebenfalls im Adsorptionskreis AK angeordnete AK-Wärmetauscher 70 schließlich dient der Beheizung von Motoröl des Verbrennungsmotors 62, das heißt der Realisierung einer Motorölheizung.
  • Im Kondensatorkühlkreis KK ist zur Abgabe von Wärme an die Umgebung ein Kondensatorkühler 74 angeordnet. In einer hier nicht gezeigten, alternativen Ausführungsform ist das als Kondensator betriebene zweite Reservoir 22 gleichzeitig als Kondensatorkühler 74 ausgebildet. In diesem Fall entfällt der Kondensatorkühlkreis KK.
  • Ähnlich der mittels des Adsorptionskreises AK realisierten, bedarfsweisen und gezielten Heizfunktion für verschiedene Fahrzeugkomponenten ist mittels des Verdampferkreises VK eine gezielte und bedarfsweise Kühlfunktion für verschiedene Fahrzeugkomponenten ausgebildet. Beispielsweise ist im Verdampferkreis VK ein Kühlwärmetauscher 40 des Klimagerätes 42 angeordnet, zur Kühlung des Innenraums des Fahrzeugs F. Weiterhin ist an den Verdampferkreis VK ein Ladeluftkühler 76 angeschlossen, der bedarfsweise einem Ladeluftkühlkreis K3 Wärme entnimmt, insbesondere zusätzlich zu einem in diesem angeordneten direkten Ladeluftkühler 78. In 6 ist der Verdampferkreis VK zudem mit dem Hochvoltspeicherkühlkreis K2 verbunden, um bedarfsweise Wärme abzuführen, die durch den Hochvoltspeicher 72 im Betrieb möglicherweise generiert wird.
  • Wie das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel deutlich zeigt, ist mittels des Wärmemanagement-Systems 38 insbesondere ein umfassendes und integriertes Wärmemanagement in einem Fahrzeug F realisiert. Dabei werden mittels des Wärmemanagement-Systems 38 unterschiedlichste Kühl- und Heizfunktionen realisiert. Dabei ermöglicht die Adsorptionsanlage 2 als Wärmespeicher ein bedarfsweises Abrufen und Speichern von Wärme. Dadurch ist es möglich, die je nach Betriebsmodus des Fahrzeugs F an unterschiedlichen Stellen desselben anfallenden Kühl- und Heizaufgaben in optimaler Weise und besonders effizient wahrzunehmen und durchzuführen. Zudem sind die hier vorgestellten Fahrzeugkomponenten nicht als abschließende Auflistung anzusehen, vielmehr ist es möglich eine Vielzahl weiterer Fahrzeugkomponenten in das Wärmemanagement einzubinden.
  • In der 7 ist eine weitere Variante des Wärmemanagement-Systems 38 gezeigt. Diese ist insbesondere für ein rein verbrennungsmotorisch betriebenes Fahrzeug F geeignet. Dabei umfasst das Wärmemanagement-System 38 wie bereits oben beschrieben, eine Adsorptionsanlage 2 mit einer Sorptionseinheit 16, an die ein Adsorptionskreis AK und Desorptionskreis DK angeschlossen sind. Desweiteren umfasst die Adsorptionsanlage 2 ein erstes Reservoir 20, das als Verdampfer betrieben wird und ein zweites Reservoir 22, das als Kondensator betrieben wird. Im Unterschied zu der in der 6 gezeigten Ausführungsform umfasst das Wärmemanagement-System 38 in der 7 zusätzlich einen Hilfskältekreis K4, der ähnlich einem herkömmlichen Kältekreis einen Kompressor 80 und ein Expansionsorgan 82, beispielsweise ein Expansionsventil aufweist. Weiterhin sind im Hilfskältekreis K4 zwei Kältekreis-Wärmetauscher (kurz: KK-Wärmetauscher) 84, 86 angeordnet, zum Austauschen von Wärme mit dem Kondensatorkreis KK beziehungsweise dem Verdampferkreis VK.
  • Mittels des im Hilfskältekreis K4 stromab des Expansionsorgans 82 angeordneten KK-Wärmetauschers 86 wird dem Verdampferkreis VK im Betrieb bedarfsweis zusätzlich Wärme entnommen. Entsprechend wird mittels des im Hilfskältekreis K4 stromauf des Expansionsorgans 82 angeordneten K-Wärmetauschers 84 über beispielsweise den Kondensatorkreis KK bedarfsweise zusätzlich Wärme abgeführt. Aufgrund der Kombination mit der Adsorptionsanlage 2 ist der Hilfskältekreis K4 gegenüber einem herkömmlichen Kältekreis deutlich geringer dimensionierbar. Der Kältekreis K4 wird zudem lediglich in solchen Betriebsmodi des Fahrzeugs F zusätzlich verwendet, in denen die von der Adsorptionsanlage 2 allein bereitgestellte Leistung nicht zur Ausführung der gewünschten Wärmemanagementfunktionen ausreicht.
  • Zur Veranschaulichung der Verschaltung einer Mehrzahl an Sorptionsbetten 4 in einer Mehrbettanlage zeigt 8A ein Verschaltungsbeispiel, bei dem die Sorptionsbetten 4 an einen gemeinsamen Primärkreis PK angeschlossen sind, mit einem Vorlauf 88 und einem Rücklauf 90. Insbesondere ist der Primärkreis PK zeitlich wechselnd ein Adsorptionskreis AK und ein Desorptionskreis DK, beispielsweise gemäß der im Zusammenhang mit 2 erläuterten Umschaltung. Dabei ist prinzipiell denkbar, dass die in 8A gezeigte Anordnung eines der in der 2 gezeigten, einzelnen Sorptionsbetten 4 ersetzt.
  • Um wahlweise eine serielle oder eine parallele Verschaltung der Sorptionsbetten 4 einzustellen, ist eine Anzahl von Ventilen 92 angeordnet. Bei einer seriellen Verschaltung strömt zunächst Wärmemittel über den Vorlauf 88 ein, durchläuft nacheinander die in Serie geschalteten Sorptionsbetten 4 und passiert dabei insbesondere die Serien-Leitungsabschnitte 94, um anschließend über den Rücklauf 90 zurückzulaufen. In einer parallelen Verschaltung sind die Ventile 92 dagegen derart geschaltet, dass eine Zufuhr des Wärmemittels zu den Sorptionsbetten 4 jeweils separat über Parallel-Leitungsabschnitte 96 erfolgt. Zudem ist auch ein Mischbetrieb möglich, in dem einige der Sorptionsbetten 4 seriell miteinander verschaltet sind und einige der Sorptionsbetten 4 parallel miteinander verschaltet sind. Dazu werden die Ventile 92 insbesondere individuell und nach Bedarf von der Steuereinheit 30 umgeschaltet.
  • Die 8B zeigt eine Variante der Mehrbettanordnung der 8A, wobei hier zusätzliche Sorptionsbetten 4 parallelgeschaltet sind, wodurch Sorptionsbett-Gruppen 98 gebildet werden. Auf diese Weise lässt sich die Kapazität der Anordnung skalieren. Zu diesen weiteren, parallel geschalteten Sorptionsbetten 4 sind zunächst keine zusätzlichen Ventile 92 vorgesehen.
  • Die 9 zeigt ein Fahrzeug F und einen Teil einer möglichen Ausgestaltung eines Wärmemanagement-Systems 38, wobei eine Anzahl von Reservoirs 8 als Thermopanels 32 ausgebildet sind. Diese entsprechen insbesondere Reservoirs 8 der hier nicht dargestellten Adsorptionsanlage 2 und werden direkt als Wärmetauscher zum Austausch von Wärme mit der Umgebung oder mit Fahrzeugkomponenten betrieben. Auf eine Einbindung der Thermopanels 32 in zusätzliche Wärmemittelkreise, wird dabei verzichtet. Dazu sind die Thermopanels 32 insbesondere flächig ausgebildet und an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs F angebracht. Beispielsweise sind Thermopanels 32 im Fußraum, an der Türinnenverkleidung, am Dachhimmel, im Außenspiegel, im Lenkrad oder dergleichen angeordnet. Dadurch ist eine besonders gezieltes und bedarfsgenaues Wärmemanagement des Innenraums des Fahrzeugs F und von Fahrzeugkomponenten ermöglicht. Bezüglich Letzterem werden Thermopanels 32 beispielsweise um Fahrzeugkomponenten herumgewickelt, um diese zu temperieren. Prinzipiell sind auch die oben beschriebenen Kühl- und Heizfunktionen für Fahrzeugkomponenten auf diese Weise durch Thermopanels 32 realisierbar, wodurch sich insbesondere zusätzliche Leitungen und Wärmetauscher 14 einsparen lassen.
  • Die Thermopanels 32 sind wie auch die oben im Zusammenhang mit den 3A und 3B beschriebenen Reservoire 8 mittels geeigneter Verbindungsleitungen 6 miteinander oder mit einem oder mehreren Sorptionsbetten 4 verbunden. Alternativ oder zusätzlich sind ein oder mehrere Thermopanels 32 mittels einer oder mehrerer Kondensatleitungen 26 miteinander oder mit anderen Reservoirs 8, 20, 22 verbunden, zum Austausch von Kondensat mit einem möglicherweise ebenfalls an der Kondensatleitung 26 angeschlossenen ersten Reservoir 20, einem zweiten Reservoir 22 oder einem Sammelbehälter 34. Bezugnehmend auf 3B ist es daher möglich, dass das dort gezeigte Reservoir 8 und das Thermopanel 32 zusätzlich mit einer dort nicht gezeigten Kondensatleitung 26 verbunden sind. In einer weiteren Variante sind die Thermopanels 32 weiterhin entweder einzeln oder gruppenweise mittels Ventilen 10 bedarfsweise zu- oder abschaltbar. 9 zeigt dabei beispielhaft ein Ventil 10 zum Zu- oder Abschalten der dort dargestellten Gruppe von Thermopanels 32. Zudem ist es möglich, jedes der Thermopanels 32 jeweils sowohl zur Kühlung wie auch zur Beheizung zu verwenden.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Adsorptionsanlage
    4
    Sorptionsbett
    6
    Verbindungsleitung
    8
    Reservoir
    10
    Ventil
    12
    Wärmetauscher (im Primärkreis)
    14
    Wärmetauscher (im Sekundärkreis)
    16
    Sorptionseinheit
    18
    Umschaltventil
    20
    erstes Reservoir
    22
    zweites Reservoir
    24
    Umleitventil
    26
    Kondensatleitung
    28
    Absperrventil
    30
    Steuereinheit
    32
    Thermopanel
    34
    Sammelbehälter
    36
    Dosiereinrichtung
    38
    Wärmemanagement-System
    40
    Kühlwärmetauscher
    42
    Klimagerät
    44
    Umgebungskühler
    46
    Heizwärmetauscher
    48
    Primärkreisventil
    50
    Durchlauferhitzer
    52
    NT-Kreis-Wärmetauscher
    54
    NT-Kühlkreis
    60
    Krümmerkühler
    62
    Verbrennungsmotor
    64
    Kühler, Unterflurkühler
    66, 68, 70
    Adsorptionskreis-Wärmetauscher, AK-Wärmetauscher
    72
    Hochvoltspeicher
    74
    Kondensatorkühler
    76
    Ladeluftkühler
    78
    direkter Ladeluftkühler
    80
    Kompressor
    82
    Expansionsorgan
    84, 86
    Kältekreis-Wärmetauscher, KK-Wärmetauscher
    88
    Vorlauf
    90
    Rücklauf
    92
    Ventil
    94
    Serien-Leitungsabschnitt
    96
    Parallel-Leitungsabschnitt
    98
    Sorptionsbett-Gruppe
    AK
    Adsorptionskreis
    AS
    Adsorptionsschleife
    DK
    Desorptionskreis
    DS
    Desorptionsschleife
    F
    Fahrzeug
    K1
    Heizkreis
    K2
    Hochvoltspeicherkühlkreis
    K3
    Ladeluftkühlkreis
    K4
    Hilfskältekreis
    KK
    Kondensatorkreis
    PK
    Primärkreislauf
    SK
    Sekundärkreislauf
    VK
    Verdampferkreis
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (20)

  1. Wärmemanagement-System (38) für ein Fahrzeug (F), mit einer Adsorptionsanlage (2), die eine Sorptionseinheit (16) mit einer Anzahl von Sorptionsbetten (4) umfasst, und die ein erstes Reservoir (20) mit einem Sorbat umfasst, wobei das erste Reservoir (20) mit der Sorptionseinheit (16) zum Be- und Entladen der Sorptionsbetten (4) verbunden ist und wobei weiterhin eine Steuereinheit (30) zum Betrieb des Wärmemanagement-Systems (38) in unterschiedlichen Betriebsmodi angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30) derart eingerichtet ist, dass das erste Reservoir (20) während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs (F) ausschließlich als Verdampfer betrieben wird und an einem Verdampferkreis (VK) zur bedarfsweisen Kühlung von zumindest einer Fahrzeugkomponente angeschlossen ist.
  2. Wärmemanagement-System (38) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Fahrzeugkomponente ausgewählt ist aus einer der nachfolgenden Komponenten des Fahrzeugs (F): Kühlwärmetauscher (40) eines Klimagerätes (42), Ladeluftkühler (76), Hochvoltspeicher (72), Wärmetauscher in einem Motor-Kühlkreislauf oder NT-Kreis-Wärmetauscher (52) in einem NT-Kühlkreis (54).
  3. Wärmemanagement-System (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorptionsanlage (2) ein zweites Reservoir (22) umfasst, und dass die die Steuereinheit (30) derart eingerichtet ist, dass das zweite Reservoir (22) ausschließlich als Kondensator betrieben wird und an einem Kondensatorkreis (KK) zur bedarfsweisen Beheizung von zumindest einer Fahrzeugkomponente angeschlossen ist.
  4. Wärmemanagement-System (38) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Fahrzeugkomponente ausgewählt ist aus einer der nachfolgenden Komponenten des Fahrzeugs (F): Kondensatorkühler (74), Wärmetauscher in einem Motor-Kühlkreis, NT-Kreis-Wärmetauscher (52) in einem NT-Kühlkreis (54).
  5. Wärmemanagement-System (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Reservoir (8, 20, 22) ein Wärmetauscher (14) eines Sekundärkreises (SK) zugeordnet ist, zum Austausch von Wärme zwischen dem Reservoir (8, 20, 22) und dem Sekundärkreis (SK).
  6. Wärmemanagement-System (38) einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reservoir (20) und das zweite Reservoir (22) mittels einer Kondensatleitung (26) verbunden sind, über die ein Füllstand des Sorbats in den Reservoirs (20, 22) eingestellt wird.
  7. Wärmemanagement-System (38) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand in den Reservoirs (20, 22) aktiv mittels der Steuereinheit (30) gesteuert wird, insbesondere mit Hilfe einer oder mehrerer in der Kondensatleitung (26) angeordneter Komponenten, die ausgewählt ist/sind aus den Komponenten: Dosiereinrichtung (36), Absperrventil (28), Sammelbehälter (34).
  8. Wärmemanagement-System (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sorptionseinheit (16) ein Adsorptionskreis (AK) zur Wärmeabgabe angeschlossen ist, zur Abgabe von Wärme an Fahrzeugkomponenten, und/oder dass an der Sorptionseinheit (16) ein Desorptionskreis (DK) zur Wärmeaufnahme angeschlossen ist, zur Aufnahme von Wärme aus Fahrzeugkomponenten.
  9. Wärmemanagement-System (38) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkomponenten zur Aufnahme von Wärme aus dem Adsorptionskreis (AK) ausgewählt sind aus einer oder einer Kombination der nachfolgenden Komponenten des Fahrzeugs (F): Heizwärmetauscher (46) eines Klimagerätes (42), Kaltstart-Heizer für den Innenraum, Enteisungsvorrichtung für eine oder mehrere Scheiben, Schnellaufheizung für den Innenraum, Motorölheizung, Hochvoltspeicherheizung, Katalysatorheizung, Standheizung, Unterflurkühler (64).
  10. Wärmemanagement-System (38) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkomponenten zur Abgabe von Wärme an den Desorptionskreis (DK) ausgewählt sind aus einer oder einer Kombination der nachfolgenden Komponenten des Fahrzeugs (F): Abgaskühler, Wärmetauscher im Motorkühlkreis, elektrischer Heizer, Krümmerkühler (60), Wärmetauscher in einer Fahrzeugbremse.
  11. Wärmemanagement-System (38) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren der Sorptionsbetten (4) ein Wärmetauscher (12) zugeordnet ist und jeder der Wärmetauscher (12) entweder im Adsorptionskreis (AK) oder im Desorptionskreis (DK) angeordnet ist, zum Austausch von Wärme zwischen dem Sorptionsbett (4) und dem Adsorptionskreis (AK) beziehungsweise dem Desorptionskreis (DK).
  12. Wärmemanagement-System (38) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Wärmetauscher (12) im Adsorptionskreis (AK) oder im Desorptionskreis (DK) in Serie schaltbar sind.
  13. Wärmemanagement-System (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sorptionsbetten (4) und mehrere Reservoirs (8, 20, 22, 32) mittels einer als zentrale Dampfleitung ausgebildeten Verbindungsleitung (6) miteinander verbunden sind und insbesondere einen geschlossenen Fluidraum bilden.
  14. Wärmemanagement-System (38) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (30) derart ausgebildet ist, dass durch Umschalten einer Anzahl von Ventilen (10) entlang der als zentrale Dampfleitung ausgebildeten Verbindungsleitung (6) mehrere Abschnitte gebildet werden und für jeden Abschnitt separat eine Funktion ausgewählt wird.
  15. Wärmemanagement-System (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Reservoir (8) integriert ist, welches als insbesondere flächiges Thermopanel (32) ausgebildet ist, zur direkten Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs (F) oder zur direkten Temperierung einer Fahrzeugkomponente.
  16. Wärmemanagement-System (38) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Thermopanels (32) im Fahrzeug (F) verteilt angeordnet sind, insbesondere jeweils direkt an einer Fahrzeugkomponente.
  17. Wärmemanagement-System (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Klimagerät (42) mit einem Kühlwärmetauscher (40) umfasst, wobei der Kühlwärmetauscher (40) durch eines der ersten Reservoirs (20) gebildet ist.
  18. Wärmemanagement-System (38) nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kondensator betriebene zweite Reservoir (22) der Adsorptionsanlage (2) direkt als Kondensatorkühler (74) dient.
  19. Wärmemanagement-System (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Hilfskältekreis (K4) umfasst, mit einem Expansionsorgan (82) und einem Kompressor (80), wobei im Hilfskältekreis (K4) ein erster Kältekreis-Wärmetauscher angeordnet ist (86), zum Austausch von Wärme mit dem Verdampferkreis (VK), und ein zweiter Kältekreis-Wärmetauscher (84) angeordnet ist, zum Austausch von Wärme entweder mit dem Kondensatorkreis (KK), mit der Umgebung oder mit einem NT-Kühlkreis (54).
  20. Verfahren zum Betrieb eines Wärmemanagement-Systems (38) für ein Fahrzeug (F), mit einer Adsorptionsanlage (2), die eine Sorptionseinheit (16) mit einer Anzahl von Sorptionsbetten (4) umfasst, und die ein erstes Reservoir (20) mit einem Sorbat umfasst, wobei das erste Reservoir (20) mit der Sorptionseinheit (16) zum Be- und Entladen der Sorptionsbetten (4) verbunden ist und wobei weiterhin eine Steuereinheit (30) zum Betrieb des Wärmemanagement-Systems (38) in unterschiedlichen Betriebsmodi angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30) derart eingerichtet ist, dass das erste Reservoir (20) während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs (F) ausschließlich als Verdampfer betrieben wird und an einem Verdampferkreis (VK) zur bedarfsweisen Kühlung von zumindest einer Fahrzeugkomponente angeschlossen ist.
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