DE102015219688A1

DE102015219688A1 - Adsorber, verfahren zur herstellung eines adsorbers und fahrzeug mit einem adsorber

Info

Publication number: DE102015219688A1
Application number: DE102015219688.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Friedrich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-10-12
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2017-04-13
Anticipated expiration: 2035-10-13
Also published as: US20180231279A1; CN107850357A; DE102015219688B4; WO2017063926A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Adsorber (2) für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse (4), in welchem ein Sorbens (16) angeordnet ist, zur Speicherung von Wärme und zur Abgabe von gespeicherter Wärme, und mit einem Wärmetauscher (6), der innerhalb des Gehäuses (4) angeordnet ist, der eine Wandung (8) aufweist, welche einen Hohlraum einschließt, zur Führung eines Wärmemediums, und der eine Außenfläche (20) aufweist, die mit dem Sorbens (16) in Kontakt steht, zum Austausch von Wärme. Durch eine spezielle Ausgestaltung des Wärmetauschers (6) und des Sorbens (16) sowie deren Anordnung zueinander werden eine besonders hohe Leistungsdichte und Wärmespeicherkapazität erzielt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Adsorbers (2) sowie ein Fahrzeug, das eine Adsorptionsanlage mit einem solchen Adsorber (2) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Adsorber für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Adsorbers sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Adsorber.
Ein Adsorber findet grundsätzlich Anwendung in einer sogenannten Adsorptionsanlage, welche vorrangig der Speicherung und späteren Abgabe von Wärme dient. Dazu weist der Adsorber ein Gehäuse auf, in dem ein Sorbens, d. h. ein Sorptionsmaterial und ein Sorbat angeordnet sind, wobei letzteres je nachdem ob dem Adsorber Wärme ab- oder zugeführt wird in das Sorbens eingelagert oder aus diesem ausgelagert wird. Häufig ist das Sorbens ein kristalliner Feststoff und das Sorbat in ausgelagertem Zustand gasförmig und wird dann unter Wärmeabgabe vom Sorbens adsorbiert. Bekannte Materialien in diesem Zusammenhang sind beispielsweise Zeolith als Sorbens und Wasser als Sorbat. Bei der Adsorption wird dann Adsorptionswärme freigesetzt, die vom Adsorber abgegeben wird. Die Einlagerung erfolgt hierbei typischerweise rein physikalisch und ist insbesondere elektrostatischer Natur, eine chemische Verbindung liegt nicht vor. Beim umgekehrten Prozess, nämlich der Desorption, wird dagegen Wärme vom Adsorber aufgenommen, um das Sorbat wieder auszulagern, d. h. das Sorbens zu desorbieren.
Die Wärmeabfuhr und -zufuhr erfolgt üblicherweise mittels eines Wärmetauschers, welcher in Kontakt mit dem Sorbens steht. Der Wärmetauscher selbst wird von einem Wärmemedium durchströmt, welches dem Wärmetransport zum Adsorber hin und von diesem fort dient. Der Adsorber ist demnach ein Wärmespeicher, der sowohl als Wärmesenke als auch als Wärmequelle zur Kühlung oder Heizung anderer Komponenten verwendbar ist, welche über den Wärmetauscher thermisch mit dem Adsorber gekoppelt sind.
In einem Fahrzeug, d. h. einem Kraft-, Elektro- oder Hybridfahrzeug, wird ein Adsorber zuweilen als Teil einer Adsorptionsanlage eingesetzt, welche der Klimatisierung diverser Komponenten des Fahrzeugs dient, beispielsweise des Fahrgastraums. Dabei wird beispielsweise ein Zeolith-Wasser-System verwendet, bei dem mittels Adsorption von Wasser, am Zeolith Adsorptionswärme freigesetzt wird. Dazu ist das Wasser häufig in einem Gefäß oder auch Reservoir angeordnet, welches mit dem Zeolith druckführend verbunden ist. Das Wasser verdampft dann in dem Gefäß unter Aufnahme von Wärme. Durch Verwendung einer solchen Adsorptionsanlage ist es dann möglich, auf einen herkömmlichen Kältekreis und insbesondere auf einen Kompressor sowie konventionelle Kältemittel zu verzichten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Adsorber anzugeben. Dieser soll möglichst effizient sein, d. h. eine möglichst hohe Leistungsdichte aufweisen und eine möglichst effiziente Wärmeübertragung zwischen Wärmemedium und Sorbens gewährleisten. Dabei sollen auch spezielle automotive Anforderungen berücksichtigt werden, die sich aufgrund einer Verwendung des Adsorbers in einem Kraftfahrzeug ergeben. Hierzu zählen beispielsweise Bauraum, Fertigungskosten und mechanische Stabilität des Adsorbers, insbesondere bei Stoß- und Vibrationslasten. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung des Adsorbers angegeben werden sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Adsorber.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Adsorber mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst durch einen Adsorber in einer der Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 20, 21 und 22, welche jeweils eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung beschreiben. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 23, insbesondere auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 25 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 30. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Adsorber sinngemäß auch für das Verfahren sowie das Fahrzeug und umgekehrt.
Die vorteilhaften Ausgestaltungen des Adsorbers führen auch zur Verbesserung einer Adsorptionsanlage, in welcher ein solcher Adsorber verbaut ist. Die Aufgabe wird daher insbesondere auch durch eine Adsorptionsanlage gelöst, die eine Anzahl solcher Adsorber als Analgenteile aufweist.
Der Adsorber ist zur Verwendung in einem Fahrzeug ausgebildet, d. h. erfüllt insbesondere die im Fahrzeugbereich gängigen Normen und Bestimmungen hinsichtlich Sicherheit und Stabilität. Als wesentliche Komponenten weist der Adsorber ein Gehäuse und einen Wärmetauscher auf. Der Wärmetauscher weist eine Wandung auf, welche einen Hohlraum einschließt zur Führung eines Wärmemediums, beispielsweise eines Wasser/Glykol-Gemisches oder eines Thermoöls. Das Wärmemedium dient vorrangig zur Wärmeabfuhr vom Adsorber sowie zur Wärmezufuhr zum Adsorber. Entsprechend ist der Wärmetauscher über geeignete Anschlüsse an ein Leitungssystem anschließbar, welches einen Wärmetransfer zwischen diversen Komponenten des Fahrzeugs und dem Adsorber ermöglicht.
Der Wärmetauscher ist innerhalb des Gehäuses angeordnet, d. h. das Gehäuse umschließt den Wärmetauscher und bildet einen Adsorberraum aus, welcher somit durch eine Innenwand des Gehäuses und eine Außenwand, die auch als Außenfläche bezeichnet wird, des Wärmetauschers begrenzt und definiert ist. Im Adsorberraum ist ein Sorbens angeordnet, zur Speicherung von Wärme, welche vom Wärmetauscher abgegeben wird, und zur Abgabe von gespeicherter Wärme an den Wärmetauscher. Die Speicherung und die Abgabe von Wärme erfolgen dabei insbesondere mittels De- und Adsorption eines Sorbats. Zum Wärmetausch steht die Außenfläche des Wärmetauschers im Kontakt mit dem Sorbens, d. h. das Sorbens ist auf der Außenfläche angeordnet. Dabei stehen insbesondere wenigstens 75% der Außenfläche in thermischem Kontakt mit dem Sorbens, d. h. wenigstens 75% der Außenfläche sind in flächiger über punktueller Berührung mit dem Sorbens.
Insbesondere ist der Adsorber ein Teil einer Adsorptionsanlage, welche ein Reservoir für das Sorbat aufweist, wobei das Reservoir mit dem Adsorberraum verbunden ist, sodass bei der Desorption überschüssiges Sorbat im Reservoir unter dortiger Wärmeabgabe zwischengelagert wird und bei der Adsorption entsprechend Sorbat vom Reservoir unter dortiger Wärmeaufnahme in den Adsorberraum geführt wird. Der Adsorberraum im Adsorber und das Reservoir der Adsorptionsanlage sind in einer ersten Variante über eine geeignete Leitung miteinander verbunden und bilden gemeinsam ein gegenüber der Umgebung insbesondere druckfest abgeschlossenes System, sodass kein Sorbat entweicht. Denkbar ist auch, dass mehrere Adsorberräume und/oder mehrere Reservoirs miteinander zu einem solchen abgeschlossenen System verbunden sind und dann ein Sorbatverteilungssystem bilden. In einer zweiten Variante ist das Reservoir direkt endseitig des Adsorberraums angeordnet und bildet dort einen Sammlerraum. Auch hierbei bilden der Adsorberraum und das Reservoir entsprechend ein druckfest abgeschlossenes System. Allgemein wird unter einem druckfesten System insbesondere verstanden, dass dieses System vakuumfest bis zu einem Absolutdruck von ca. 5 bis ca. 10 mbar ist. Weiterhin sind zweckmäßigerweise der Hohlraum in dem Wärmetauscher, in dem ein Wärmemedium geführt wird, und alle zur Führung des Wärmemediums verwendeten Adsorberteile und Anlagenbestandteile und insbesondere Leitungen überdruckfest ausgelegt, um das Wärmemedium bis zu einem Überdruck von bis zu 80 bar zu führen.
Weitere Anforderungen aufgrund der automotiven Verwendung ergeben sich beispielsweise hinsichtlich der Umweltverträglichkeit der verwendeten Materialien und Chemikalien. Bevorzugterweise sind das Sorbens und das Sorbat ungiftig, um bei einer Beschädigung ein Austreten von Giftstoffen zu vermeiden. Desweiteren sind das Sorbens und das Sorbat geeigneterweise nicht brennbar oder zumindest schwer entflammbar, um bei einem Unfall das Gefahrenpotential möglichst gering zu halten. Bevorzugterweise ist das Sorbat dann Wasser oder ein Wasser/Frostschutzmittel-Gemisch, insbesondere ein Wasser/Glykol-Gemisch und das Sorbens ein Zeolith oder ein Gemisch aus mehreren Zeolithen. Insbesondere ist dem Zeolith ein Bindemittel beigemengt, vorzugsweise mit einem Massenanteil von höchstens etwa 20%.
Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht insbesondere darin, dass durch den speziellen und verbesserten Kontakt des Sorbens mit dem Wärmetauscher ein verbesserter Wärmetausch innerhalb des Adsorbers zwischen dem Sorbens und dem Wärmemedium realisiert ist. Der Adsorber zeigt dadurch im Betrieb eine besonders hohe Dynamik, d. h. eine große Leistungsdichte, d. h. eine besonders hohe Rate, mit der das Sorbat vom Sorbens auf- und abgegeben wird. Weiterhin ist durch die verbesserte Wärmeaufnahme die Speicherkapazität des Sorbens optimal nutzbar, sodass der Adsorber auch eine besonders hohe Wärmespeicherkapazität, d. h. Energiedichte aufweist. Der Adsorber weist somit ein verbessertes Verhältnis von Baugröße zu Leistungsfähigkeit gegenüber herkömmlichen Adsorbern auf. Dies ist insbesondere bei einer automotiven Anwendung, d. h. einer Verwendung in einem Fahrzeug vorteilhaft. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in diesem Zusammenhang insbesondere die verbesserte Vibrationsfestigkeit und allgemein die verbesserte Robustheit des Adsorbers gegenüber insbesondere langanhaltenden mechanischen Einwirkungen.
Von besonderer Bedeutung für die Funktionsweise und die Effizienz des Adsorbers ist die Wärmeübertragung zwischen dem Wärmetauscher und dem Sorbens, d. h. dem Sorptionsmaterial. Die Effizienz ist dabei wesentlich von dem Kontakt, d. h. insbesondere der Kontaktfläche zwischen dem Sorbens und dem Wärmetauscher abhängig. Einer Verbesserung des Kontakts durch einfache Skalierung des Wärmtauschers und/oder einfache Vergrößerung von dessen Außenwand, d. h. Außenfläche steht jedoch üblicherweise ein deutlich erhöhter Aufwand sowie ein entsprechend erhöhter Platzbedarf entgegen. Der Erfindung liegt nun die Überlegung zugrunde, dass dies beides Nachteile sind, welche für eine Verwendung außerhalb des automotiven Bereichs typischerweise hingenommen werden, bei einer Verwendung gerade in diesem Bereich jedoch eine gänzlich andere Bedeutung erlangen. Insofern sind die bisherigen Konzepte zur Ausgestaltung eines Adsorbers nicht optimal auf die Verwendung in einem Fahrzeug ausgerichtet. Dagegen wird erfindungsgemäß ein besonders guter Kontakt hergestellt sowie in diesem Zusammenhang und entgegen den bekannten Ausführungsformen insbesondere ein erhöhter Fertigungsaufwand hingenommen.
Der Wärmetauscher ist insbesondere als Rohrwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher, Lamellenwärmetauscher, Plattenwärmetauscher oder Microchannel-Wärmetauscher ausgebildet. Allgemein weist der Wärmetauscher einen Hohlraum mit einem bestimmten Querschnitt auf, der bestimmt, welche Menge an Wärmemedium pro Zeit durch den Wärmetauscher strömen kann. Der Hohlraum ist von einer Wandung mit einer bestimmten Wandstärke umgeben, welche maßgeblich die Druckfestigkeit und Stabilität des Wärmetauschers bestimmt. Ein Wärmeaustausch zwischen Wärmemedium und Sorbens erfolgt über diese Wandung, wobei die Menge an Wärme, die pro Zeit übertragen wird wesentlich durch den Kontakt des Sorbens mit der Außenfläche, d. h. die Bedeckung derselben mit Sorbens bestimmt ist.
Dabei sind in jeweils geeigneten Ausgestaltungen gerade solche Wärmetauscher besonders geeignet, bei denen eine möglichst große Außenfläche bei gleichzeitig möglichst geringer Wandstärke erzielt wird. Vor dem Hintergrund der grundsätzlichen Bauraumbeschränkung im automotiven Bereich werden daher Wärmetauscher mit im Vergleich zu herkömmlichen Wärmetauschern deutlich geringeren Abmessungen bevorzugt. In einer Ausgestaltung als Rohrwärmetauscher weist der Wärmetauscher dann einen Innendurchmesser auf, der vorteilhafterweise höchstens 10 mm beträgt, wobei eine Ausgestaltung mit höchstens 6 mm Innendurchmesser besonders vorteilhaft ist. Der Innendurchmesser beträgt jedoch insbesondere wenigstens 1 mm. In einer Ausgestaltung als Rohrbündelwärmetauscher, d. h. als Wärmetauscher mit einer Vielzahl an Rohrwärmetauschern, weisen diese Rohrwärmetauscher jeweils einen Innendurchmesser auf, der vorzugsweise im Bereich von 1 bis 6 mm liegt. Solche geringen Rohrdurchmesser werden insbesondere aufgrund des erhöhten Fertigungsaufwands bei herkömmlichen Wärmetauschern für Adsorber nicht gewählt, bieten aber deutliche Vorteile, da bei gleichem Querschnitt einerseits eine deutlich vergrößerte Außenfläche vorhanden ist und andererseits aufgrund von verringerten Druckspannungen in der Wandung auch die Wandstärke deutlich geringer ist, wodurch Material und Gewicht eingespart werden.
Grundsätzlich ist es zur Vergrößerung der Außenfläche möglich, diese zusätzlich mit einer Anzahl an Rippen, Lamellen, Wärmeleitblechen oder allgemein mit Fortsätzen auszustatten, wobei im Folgenden vereinfachend und ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Begriff „Lamellen” für jegliche solcher Fortsätze verwendet wird. Diese Lamellen erstrecken sich dann vom Wärmetauscher aus in den Adsorberraum hinein und vergrößern die Außenfläche entsprechend, d. h. die Lamellen weisen jeweils eine Oberfläche auf, die ein Teil der Außenfläche ist. Bevorzugterweise weist der Wärmetauscher daher eine Anzahl an Lamellen auf, wobei in einer besonders geeigneten Ausgestaltung der Wärmetauscher und die Lamellen einstückig oder auch einteilig ausgebildet sind, d. h. die Lamellen nicht als separate Bauteile an der Wandung angebracht sind. Dadurch ist ein besonders guter Wärmeübertrag von den Lamellen zur Wandung gewährleistet. Alternativ ist jedoch auch eine Ausgestaltung mit an der Wandung befestigten Lamellen denkbar. Diese sind dann beispielsweise angeschweißt oder angeklebt und vorzugsweise stoffschlüssig mit der Wandung verbunden, um einen optimalen Wärmetransfer zu gewährleisten.
Besonders bei einer Ausgestaltung als Lamellenwärmetauscher, jedoch auch allgemein bei einem Wärmetauscher mit Lamellen, wird in einer bevorzugten Ausgestaltung die Außenfläche dadurch vergrößert, dass der Wärmetauscher mit einer deutlich erhöhten Lamellendichte ausgebildet ist. Bei einem Lamellenwärmetauscher mit einer Vielzahl an zueinander insbesondere parallelen Lamellen sind diese dann vorzugsweise in einem Abstand von höchstens 1 mm zueinander angeordnet. Bei anderen Wärmetauschertypen, insbesondere bei einem Rohrwärmetauscher, sind zwei jeweils benachbarte Lamellen, die in diesem Zusammenhang häufig auch als Rippen bezeichnet werden, um vorzugsweise höchstens 2 mm voneinander beabstandet.
In einer geeigneten Ausführungsform erstreckt sich der Wärmetauscher in einer Längsrichtung, welche auch im Betrieb eine Strömungsrichtung des Wärmemediums im Wärmetauscher ist, und die Lamellen sind insbesondere langgestreckt ausgeführt und erstrecken sich gerade in dieser Längsrichtung. In einer zweiten geeigneten Variante weisen die Lamellen jedoch einen komplexeren Verlauf auf und erstrecken sich beispielsweise schräg oder senkrecht zur Längsrichtung, bei einem Rohrwärmetauscher insbesondere helixartig um diesen herum, sodass ein durch die Lamellen allgemein zusätzlich erzeugter Wärmedurchgang weiter vergrößert ist. Prinzipiell ist dabei auch ein sich gegenseitig kreuzender oder überschneidender Verlauf der Lamellen denkbar.
Die oben beschriebene Ausgestaltung der Lamellen betrifft den Verlauf derselben entlang der Wandung des Wärmetauschers, d. h. einen Längsverlauf der Lamellen. Alternativ oder zusätzlich folgen die Lamellen in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch ausgehend von der Wandung und in den Adsorberraum hinein einem komplexeren, d. h. nicht-geraden, Verlauf, insbesondere einem gebogenen Verlauf. Dadurch lässt sich im Vergleich zu solchen Lamellen, die sich gerade nach außen erstrecken, auf gleichem Bauvolumen eine deutlich größere zusätzliche Fläche unterbringen. Besonders geeignet ist diese Ausführungsform bei einem Rohr- oder Lamellenwärmetauscher, bei welchem der Verlauf von der Wandung ausgehend nach außen dann ein radialer Verlauf ist. In einer vorteilhaften Variante wird ein komplexer Längsverlauf mit einem komplexen Verlauf von der Wandung aus nach außen kombiniert.
Zwischen zwei jeweils benachbarten Lamellen ist zudem ein Abstand ausgebildet, der insbesondere bei einem Rohrwärmetauscher, nach außen hin vorzugsweise vergrößert ist. Hierdurch lässt sich eine verbesserte Strömung des insbesondere gasförmigen Sorbats im Bereich des Wärmetauschers erzielen. Eine solche Aufspreizung des Zwischenraums zwischen benachbarten Lamellen ist jedoch auch bei einem Lamellenwärmetauscher vorzugsweise dadurch realisiert, dass die Lamellen jeweils eine Dicke aufweisen, die ausgehend von der Wandung nach außen hin reduziert ist, sodass die Lamellen also nach außen hin dünner ausgebildet sind.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind zumindest zwei unterschiedliche Arten von Lamellen ausgebildet, welche ausgehend von der Wandung nach außen hin unterschiedlich lang sind. Dadurch wird sozusagen ein Lamellendichtegradient erzeugt, d. h. die Anzahl an Lamellen, welche sich bis zu einer bestimmten Entfernung von der Wandung aus erstreckt, nimmt mit steigendem Abstand zur Wandung hin ab. Dadurch werden dann insbesondere die Strömungseigenschaften des Wärmetauschers verbessert.
In einer geeigneten Ausgestaltung sind die Lamellen unterschiedlicher Arten auf der Außenfläche abwechselnd angeordnet. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist jede zweite Lamelle lediglich halb so lang ausgeführt wie die beiden zu diesen benachbarten Lamellen.
Durch eine Kombination der oben erwähnten unterschiedlichen Arten von Lamellen mit einem komplexen Verlauf der Lamellen lässt sich eine für eine automotive Verwendung besonders geeignete Ausgestaltung erzielen, welche besonders kompakt ist und dennoch eine besonders hohe Leistungsdichte aufweist. Dabei sind insbesondere auch die Strömungseigenschaften besonders präzise einstellbar.
Vorzugsweise weist der Wärmetauscher eine Trägerstruktur für das Sorbens auf. Durch die Trägerstruktur ist die Außenfläche signifikant vergrößert und der Kontakt mit dem Sorbat im Betrieb deutlich verbessert. Die Trägerstruktur ist insbesondere porös oder faserig, wobei unter „poröse Trägerstruktur” in einer ersten Variante eine schwammartige Struktur verstanden, mit einer Vielzahl an Kavitäten, die sich gegenseitig berühren und dadurch ein Netzwerk an offenen Poren und/oder Kanälen bilden. Dabei weist eine jeweilige Kavität, d. h. Pore oder Kanal, einen Durchmesser auf, der insbesondere geringer ist als 5 mm und größer ist als 0,02 mm.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Trägerstruktur eine Porosität auf und eine Dichte, welche ausgehend von der Wandung und nach außen hin verändert, insbesondere verringert ist. Mit anderen Worten: nach außen hin nimmt die Materialmenge ab und die Dichte ist nach außen hin verringert. Dagegen nimmt die Porosität nach außen hin zu, d. h. ist nach außen hin erhöht, d. h. vergrößert, und eine Menge an Ausnehmungen im Material ist erhöht. Dadurch wird vorzugsweise ein Dichtegradient ausgebildet, der von der Wandung aus nach außen hin zu einer gröberen Porosität führt, d. h. der Durchmesser der Kavitäten nimmt mit steigendem Abstand zur Wandung hin zu. Dadurch ist ähnlich wie oben bereits im Zusammenhang mit den Lamellen ausgeführt nahe der Wandung die Trägerstruktur im Mittel dichter und somit eine hohe Wärmeleitfähigkeit gewährleistet und eine hohe Leistungsdichte realisiert. Dahingegen ist weiter außen aufgrund der größeren Kavitäten mehr Sorbens angeordnet und/oder im Betrieb eine verbesserte Durchströmung mit Sorbat realisiert, sodass die Anordnung ebenfalls eine hohe Wärmespeicherkapazität und Leistungsdichte aufweist.
Beispielsweise sind bei einer Ausgestaltung mit Lamellen ebendiese porös ausgebildet, beispielsweise als poröse oder schwammähnliche Struktur, oder auf die Wandung ist nach außen hin eine poröse, insbesondere schwammähnliche Struktur aufgebracht, beispielsweise zusätzlich zu Lamellen oder alternativ auch bei einem Wärmetauscher ohne Lamellen. Hierbei ist die Trägerstruktur dann in geeigneter Weise an der Wandung befestigt, beispielsweise festgeklebt, festgelötet oder festgeschweißt.
In einer ersten Ausgestaltung ist die Trägerstruktur jedoch einteilig, d. h. einstückig mit dem Wärmetauscher ausgebildet, also quasi in die Wandung eingebracht oder als Fortsetzung der Wandung nach außen hin ausgebildet, wodurch dann vorteilhaft eine vergrößerte Oberfläche mit einer besonders hohen Wärmeleitung kombiniert ist.
In einer zweiten Ausgestaltung ist die Trägerstruktur als ein Faserbündel ausgebildet, mit mehreren Fasern und mit einer Vielzahl an Zwischenräumen zwischen den Fasern, wobei die Zwischenräume dann die Kavitäten dieser in diesem Sinne ebenfalls porösen Trägerstruktur bilden. Dabei sind hier unter dem Begriff Fasern insbesondere solche Körper gemeint, die dünne, längserstreckte Elemente sind, wie z. B. Drahtabschnitte, Blechstreifen, Fäden oder dergleichen, und besonders auch Fasern oder solche Elemente, die einen besonders geringen Durchmesser oder eine besonders geringe Dicke z. B. im Bereich von ca. 0,5 mm bis ca. 0,02 mm aufweisen. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Fasern, aus Aluminium gefertigt und allgemein insbesondere aus dem gleichen Material wie die Wandung des Wärmetauschers, um eine möglichst gute Wärmeleitung zu gewährleisten. In den Zwischenräumen ist dann das Sorbens angeordnet, wobei das Faserbündel eine vorteilhafte Vergrößerung der Außenfläche bildet. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Fasern untereinander punktuell thermisch leitend miteinander verbunden, z. B. durch Sintern.
Die Fasern sind dann entlang der Wandung und/oder um diese herum geführt und zweckmäßigerweise an diese angedrückt oder an der Wandung thermisch leitend befestigt, z. B. durch Verlöten oder Verschweißen. Besonders geeignet ist die Ausbildung der Trägerstruktur als Faserbündel in Kombination mit Lamellen auf der Wandung, wobei dann die Fasern entsprechend zwischen den Lamellen verlegt sind, wobei die Lamellen dann eine Anzahl von Zwischenräumen bilden, in denen die Fasern verlegt sind und welche insbesondere von den Fasern und dem Sorbens ausgefüllt sind.
Der Wärmetauscher ist vorzugsweise aus einem Leichtmetall gefertigt, insbesondere aus Aluminium, welches besonders leicht sowie kostengünstig ist und zudem gute Wärmeleiteigenschaften aufweist. Besonders zur Ausbildung der oben erwähnten porösen Trägerstruktur ist Aluminium besonders geeignet. Aus diesem wird beispielsweise ein Aluminiumschwamm oder Aluminiumschaum hergestellt, der dann an der Wandung befestigt wird. Als Material ist auch Stahl geeignet und grundsätzlich auch Kupfer, welches besonders gute Wärmeleiteigenschaften aufweist, jedoch aufgrund seiner elektrochemischen Eigenschaften weniger bevorzugt ist. In einer vorteilhaften Alternative wird kein Metall sondern ein temperaturfester Kunststoff verwendet, welcher sich insbesondere durch geringe Kosten, gute Wärmeleiteigenschaften, eine hohe Flexibilität, eine einfache Fertigung und ein geringes Gewicht auszeichnet. Generell ist der Adsorber temperaturfest ausgebildet, worunter insbesondere verstanden wird, dass der Adsorber einer Temperatur von ca. 150°C bis zu ca. 300°C standhält, insbesondere einer Temperatur des Wärmemediums in dieser Größenordnung.
Zur Herstellung des Wärmetauschers oder des gesamten Adsorbers eignet sich besonders ein Rapid-Prototyping-Verfahren, bei welchem der Adsorber, d. h. hier dessen Gehäuse und dessen Wärmetauscher vorteilhafterweise einstückig hergestellt wird. In einer vorteilhaften Variante werden auch Teile der Adsorptionsanlage wie z. B. gasdichte oder druckfeste Leitungsgeometrien zur Führung von Sorbat oder von Wärmemedium einstückig mit dem Adsorber hergestellt. Als Ausgangswerkstoff sind hierbei sowohl Metall als auch Kunststoff denkbar. Bei der Herstellung mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens beträgt die Wandstärke des Wärmetauschers zweckmäßigerweise wenigstens 0,5 mm, um eine hinreichende Gasdichtigkeit zu gewährleisten. Abhängig von der konkreten Materialwahl kann die Wandstärke jedoch auch geringer sein. Eine Ausgestaltung des Wärmetauschers oder des gesamten Adsorbers als ein Rapid-Prototyping-Teil birgt insbesondere den Vorteil einer besonders hohen Gestaltbarkeit, wodurch der Adsorber optimal an die jeweilige Bauraumsituation im Fahrzeug anpassbar ist und wodurch der Bauraumbedarf weiter verringert ist.
Besonders geeignet ist jedoch eine alternative Ausgestaltung des Adsorbers derart, dass lediglich das Gehäuse oder ein Teil des Gehäuses, insbesondere in Kombination mit Teilen der Adsorptionsanlage als Rapid-Prototyping-Teil hergestellt wird, nicht jedoch der Wärmetauscher, sodass für den Wärmetauscher auf Halbzeuge und kostengünstige Standardverfahren zurückgegriffen wird, während das Gehäuse und ggf. die entsprechenden Teilen der Adsorptionsanlage bedarfsgerecht und an die automotive Verwendung angepasst gefertigt wird bzw. werden. Dabei werden an dem Gehäuse zweckmäßigerweise direkt auch geeignete Anschlüsse ausgebildet, zur Verteilung und/oder Weiterleitung des Wärmemediums an zu kühlende oder zu beheizende Komponenten des Fahrzeugs und/oder an andere Adsorber, die im Fahrzeug untergebracht sind.
Als besonders kostengünstiges Halbzeug zur Herstellung des Wärmetauschers, insbesondere eines Rohr- oder Rohrbündelwärmetauschers, eignen sich vorrangig Strangprofile, welche insbesondere in einem Extrusionsverfahren und als Endlosware hergestellt werden. Bei der Herstellung solcher Strangprofilen werden dann vorteilhafterweise auch gleichzeitig die Lamellen mit ausgebildet.
Alternativ ist auch eine Herstellung des Wärmetauschers, des Gehäuses, oder des gesamten Adsorbers mittels eines Gieß- oder Spritzgussverfahrens vorteilhaft. Ein solches Verfahren wird vorzugsweise zur Herstellung der porösen Trägerstruktur verwendet. Dazu wird in einem ersten Schritt eine Gießform mit einem Opfermaterial gefüllt, welches beim Einspritzen des Materials die Kavitäten im Material erzeugt und aufgrund der Temperatur des eingespritzten Materials verflüssigt oder verdampft wird und dann oder auch später z. B. in einem separaten Ausschmelzvorgang abfließt, sodass eine poröse Struktur mit untereinander verbundenen Kavitäten verbleibt. Beispielsweise wird als Opfermaterial eine Vielzahl von Kunststoffkugeln verwendet, die jeweils einen Durchmesser aufweisen, welcher dann in etwa dem Durchmesser der jeweiligen Kavität entspricht.
Bevorzugterweise wird der gesamte Wärmetauscher mittels des vorgenannten Spritzgussverfahrens hergestellt, wobei dann der Hohlraum durch ein entsprechendes Formteil aus dem Opfermaterial freigehalten wird. Dabei ist zu beachten, dass hierbei auch eine geschlossene Wandung für den Hohlraum ausgebildet wird, z. B. auch als Bestandteile des Gehäuses. Dadurch lässt sich auf besonders einfache Weise ein einstückiger Wärmetauscher mit einer porösen Trägerstruktur auf dessen Wandung herstellen. Aufgrund der einstückigen, d. h. stofflichen Verbindung ergeben sich dann optimale Wärmeleiteigenschaften zwischen der Trägerstruktur, in welcher das Sorbens eingelagert ist und der Wandung. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung wird der Adsorber teilweise oder komplett und zusätzlich einschließlich des Gehäuses und weiterer Sorbat- und Wärmeträgerführungen auf die genannte Weise hergestellt.
Für das Sorbens existieren grundsätzlich mehrere geeignete Ausgestaltungsformen, welche in Kombination mit den oben beschriebenen Varianten für den Wärmetauscher jeweils bestimmte kombinatorische Vorteile entfalten. Ein wesentlicher Aspekt ist hierbei die Anordnung des Sorbens am Wärmetauscher, um einen möglichst guten Kontakt zu erzielen.
Prinzipiell ist es möglich, Zeolith als Sorbens und als insbesondere kugelförmiges oder kugelähnliches Schüttgut, d. h. in Form einer Schüttung um den Wärmetauscher herum anzuordnen und beispielsweise zusätzlich mittels eines Haltenetzes zu fixieren. Diese Lösung erzeugt jedoch lediglich punktuellen Kontakt mit der Außenfläche des Wärmetauschers und führt zu einer entsprechend geringen Leistungsdichte. Weiterhin ist diese Lösung unter mechanischen Gesichtspunkten ungünstig und weist insbesondere eine schlechte Stabilität bei Vibrationen auf. Nichtsdestoweniger ermöglicht die Verwendung von Schüttgut in Kombination mit den oben beschriebenen verbesserten Wärmetauschern zunächst eine für den automotiven Bereich hinreichende Effizienz des Adsorbers. Die Schüttung wird dabei insbesondere derart vorgenommen, dass auf der Außenfläche etwa zwei bis drei Lagen an Kugeln oder Schüttkörpern angeordnet sind, wobei die Kugeln jeweils einen mittleren Durchmesser von etwa 0,3 bis 2 mm aufweisen. Eine Schüttung zeichnet sich vor allem durch eine hohe Wärmespeicherkapazität aus und ist unter diesem Gesichtspunkt auch für den Einsatz in einem Fahrzeug grundsätzlich geeignet.
Ein verbesserter Kontakt wird in einer vorteilhaften Variante dadurch erzielt, dass das Sorbens als eine Anzahl von Formteilen ausgebildet ist, welche insbesondere passgenau am Wärmetauscher angeordnet sind. Das Sorbens ist also gerade nicht als loses Schüttgut ausgebildet, sondern derart geformt, dass sich das Sorbens besonders passgenau, insbesondere formschlüssig am Wärmetauscher anbringen lässt. Dadurch ist die Kontaktfläche signifikant verbessert und das zur Verfügung stehende Volumen optimal mit Sorbens gefüllt und genutzt.
In einer weiteren und besonders vorteilhaften Variante ist das Sorbens als Direktbeschichtung, kurz Beschichtung, auf den Wärmetauscher aufgebracht, wodurch ein besonders guter Kontakt zwischen Sorbens und Wärmetauscher gewährleistet ist. Die Beschichtung weist dabei insbesondere eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 1,5 mm auf. Die Beschichtung wird beispielsweis ausgehend von einer Paste hergestellt, welche auf die Wandung aufgetragen wird und dort aushärtet. Alternativ ist auch eine Kombination des oben erwähnten Schüttguts mit einem Klebstoff oder einem Binder zur Ausbildung einer insbesondere durchgängigen Beschichtung geeignet, wobei dann der Klebstoff insbesondere Teile der Zwischenräume zwischen dem Schüttgut ausfüllt. Die Ausgestaltung des Sorbens als Beschichtung weist insbesondere den Vorteil auf, dass das Sorbens besonders fest und stabil an den Wärmetauscher angebunden ist und der Adsorber somit weniger anfällig für Vibrationen und daher besonders geeignet zur Verwendung in einem Fahrzeug ist. Zudem erübrigt sich dann insbesondere auch eine vergleichsweise aufwendige Befestigung mittels eines Lötvorgangs oder eines Haltenetzes, sodass auch die Herstellung des Adsorbers entsprechend vereinfacht ist.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung wird die Direktbeschichtung mittels eines Tauchbades aufgebracht, wobei der zu beschichtende Wärmetauscher oder die zu beschichtende Trägerstruktur in das Tauchbad eingetaucht wird und dabei dann das Sorbens abgeschieden wird. Hierbei geht vorteilhafterweise ein Teil des Materials des Wärmetauschers in die Beschichtung über, sodass sich eine besonders feste, stoffliche und somit stoffschlüssige Verbindung ergibt.
Besonders bevorzugt ist eine zweite Ausgestaltung bei welcher die Direktbeschichtung mittels einer Kristallisation auf den Wärmetauscher aufgebracht wird, z. B. auch in einem Tauchbad. Hierbei wird das Sorbens oder werden Anteile des Sorbens vorzugsweise gleichmäßig auf der Außenfläche abgeschieden und verbinden sich dabei insbesondere fest mit dem Material der Wandung. Besonders bei Verwendung eines Zeoliths und einem Wärmetauscher aus Aluminium verbindet sich die Beschichtung stoffschlüssig mit der Wandung dadurch, dass Aluminium aus der Wandung während der Kristallisation in die Beschichtung eingelagert wird. Das Sorbens und der Wärmetauscher sind dann einstückig ausgebildet, wodurch eine optimale Wärmeleitung zwischen Sorbens und Wärmetauscher gewährleistet ist. Eine solche Beschichtung ist zudem besonders stabil und eignet sich daher besonders für einen Adsorber, der in einem Fahrzeug verwendet wird. Besonders die Ausgestaltung des Wärmetauschers mit einer porösen Trägerstruktur eignet sich zum Aufbringen einer Direktbeschichtung, da hierbei die stark vergrößerte Außenfläche besonders effizient ausgenutzt wird und ein besonders kompakter Adsorber mit hoher Leistungsdicht realisiert wird.
Die Direktbeschichtung eignet sich auch bei der oben beschriebenen Trägerstruktur in einer Ausgestaltung als Faserbündel. Hierbei werden die einzelnen Fasern oder das gesamte Faserbündel mit einer Beschichtung aus Sorbens versehen, wobei insbesondere die oben beschriebene Materialwahl auch hier die genannten Vorteile entfaltet.
Die Direktbeschichtung und allgemein die Beschichtung wird alternativ durch ein Aufspritzen oder Aufsprayen des Sorbats auf eine Oberfläche hergestellt, wobei eine gute Anbindung insbesondere nach einem Aushärte- oder Trocknungsvorgang erreicht wird.
Bei einem alternativen und ebenfalls vorteilhaften Verfahren wird ein Formteil aus Sorbens durch Verpressen einer Trägerstruktur mit pulverförmigem Sorbens, d. h. dem Sorbens in Pulverform, ausgebildet. Ein auf diese Weise hergestelltes Formteil wird auch als Kombiformteil bezeichnet, da dieses eine Kombination aus Sorbens und Trägerstruktur ist.
Dieses Verfahren eignet sich besonders zum Verpressen von Fasern eines Faserbündels. Dabei wird das pulverförmige Sorbens in einer geeigneten Form angeordnet und die Fasern werden in das Sorbens eingestreut, eingelegt oder eingezogen. Vorzugsweise beträgt der Anteil der Fasern hierbei etwa 5 bis 25 Vol.-%; der Rest ist insbesondere Sorbens. Diese Anordnung wird dann verpresst, sodass ein Kombiformteil ausgebildet wird, welches von Fasern durchzogen ist. Dieses Kombiformteil weist dann aufgrund der zusätzlichen Fasern gegenüber einem lediglich aus Sorbens gefertigten Formteil eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit auf. Grundsätzlich ist auch eine Anwendung dieses Verfahrens auf andere Trägerstrukturen vorteilhaft. Das Kombiformteil wird dann an den Wärmtauscher beispielsweise angeklebt, zur Fixierung und thermischen Anbindung.
Zur weiteren Verbesserung wird dann in einer vorteilhaften Weiterbildung eine Anzahl von Kanälen in das verpresste Sorbens, also in das Kombiformteil eingebracht, beispielsweise eingebohrt. Die Kanäle wirken dann im Betrieb insbesondere als Gaskanäle für das Sorbat, sodass die Einlagerung und Auslagerung des Sorbats deutlich vereinfacht ist. Vorzugsweise wird ein solches Kombiformteil mit Kanälen dann anstelle eines herkömmlichen Formteils bei jeglichen Ausgestaltungen des Adsorber mit dem Sorbens als Formteil verwendet.
In einer geeigneten Variante wird das pulverförmige Sorbens mit den darin eingelagerten Fasern, allgemein der eingelagerten Trägerstruktur, direkt auf den Wärmetauscher aufgepresst oder um diesen herum verpresst. Dabei ist sowohl ein Rohrwärmetauscher als auch ein Rohrbündelwärmtauscher als Ausgangpunkt für dieses Verfahren geeignet. Auch ein Verpressen des Sorbens mit dem Wärmetauscher und ohne eine Trägerstruktur ist vorteilhaft, insbesondere bei einem Wärmetauscher, welcher eine Anzahl von Lamellen aufweist.
Ein besonders effizienter und leistungsstarker Adsorber ist in einer bevorzugten Ausgestaltung dadurch realisiert, dass das Sorbens in zumindest zwei unterschiedlichen Konfigurationen vorliegt, die ausgewählt sind aus einer Gruppe von Konfigurationen, umfassend: Sorbens als Schüttung, Sorbens als Beschichtung, Sorbens als Formteil, Sorbens auf einer Trägerstruktur; Sorbens mit Trägerstruktur als Kombiformteil; Sorbens, das gemeinsam mit dem Wärmetauscher verpresst ist, d. h. insbesondere Sorbens als gemeinsam mit Wärmetauscher verpresstes Kombiformteil. Diese Konfigurationen sind oben bereits beschrieben worden, weisen jedoch in Kombination weitere Vorteile auf. So ermöglicht die Kombination unterschiedlicher Konfigurationen eine optimale Auslegung der Leistungsdichte und der Wärmespeicherkapazität des Adsorbers. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein z. B. als Schüttgut oder Formteil ausgebildetes Sorbens aufgrund der damit einhergehenden Massivität eine besonders hohe Wärmespeicherkapazität, d. h. Energiedichte aufweist, die Nutzung z. B. einer Trägerstruktur und/oder einer Direktbeschichtung dagegen von erheblichem Vorteil für die Dynamik, d. h. die Leistungsdichte des Adsorbers ist. Durch Kombination dieser beiden Vorteile Lässt sich dann ein besonders für den automotiven Bereich geeigneter Adsorber realisieren.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist dazu auf der Wandung und/oder ggf. zwischen den Lamellen eines Wärmetauschers in einem ersten, nahen Bereich, d. h. nahe der Wandung, das Sorbens als Direktbeschichtung ausgebildet, entweder direkt auf der Wandung und/oder den Lamellen und/oder auf einer Trägerstruktur, die zwischen den Lamellen angeordnet ist, z. B. einem Aluminium-Schaum. In einem zweiten, entfernten Bereich, weiter entfernt von der Wandung ist dann das Sorbens als Formteil und/oder als Schüttgut und/oder ein beschichtetes oder verpresstes Faserbündel angeordnet. Durch die nahe an der Wandung angeordnete Direktbeschichtung wird dann eine hohe Dynamik bei der Wärmeleitung bereitgestellt, die besonders im Betrieb und beim periodischen Adsorbieren und Desorbieren von Vorteil ist. Dagegen stellt das weiter außen liegende, massive Sorbens eine hohe Wärmespeicherkapazität bereit, die insbesondere bei Betriebsunterbrechungen und anschließenden Kaltstarts des Fahrzeugs von Vorteil ist, da dieses massive Sorbens über einen längeren Zeitraum, beispielsweise mehrere Stunden oder Tage, energiedicht Wärme speichert.
In einer beispielhaften und bevorzugten Ausgestaltung ist der Wärmetauscher mit unterschiedlich langen Lamellen ausgebildet, wobei im nahen Bereich, welcher dann dichter mit Lamellen besetzt ist, eine Beschichtung aus Sorbens aufgebracht ist und im entfernten Bereich, in welchen nur eine Teilmenge der Lamellen hineinragt, das Sorbens in einer Konfiguration als Schüttgut angeordnet ist oder eine Anzahl von Faserbündeln oder ein Aluminium-Schaum, welche jeweils mit Sorbens beschichtet sind.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen mit dem Sorbens in zwei unterschiedlichen Konfigurationen wird auf den Wärmetauscher zunächst eine Direktbeschichtung insbesondere durch eine Kristallisation aufgebracht, nachfolgend zusätzliches Sorbens insbesondere als Schüttgut angeordnet und anschließend das Sorbens mit der Direktbeschichtung stoffschlüssig verbunden, indem die Gesamtanordnung aus Direktbeschichtung und zusätzlichem Sorbens einer Kristallisation, z. B. in einem Tauchbad, unterzogen wird, bei welcher das zusätzliche Sorbens mit der Direktbeschichtung sozusagen verbacken und in diese thermisch und mechanisch eingebunden wird. Dadurch ist gleichzeitig eine besonders stabile Anordnung beider Konfigurationen des Sorbens erzielt. Diese Kombination ermöglicht also auch die Verwendung von Schüttgut, wobei der ursprüngliche Nachteil der mangelnden Vibrationsfestigkeit durch die stoffschlüssige Verbindung mit der Beschichtung eliminiert wird. Die gleichen Vorteile ergeben sich analog bei der Kombination einer Beschichtung durch Kristallisation mit einer Anzahl von Formteilen.
In einer geeigneten Variante wird bei der oben beschriebenen Ausgestaltung die anfängliche Direktbeschichtung ausgelassen und lediglich das Sorbens als Schüttgut oder Formteil am Wärmetauscher angeordnet und anschließend einer Direktbeschichtung mittels Tauchbad oder Kristallisation unterzogen.
Allgemein ergibt sich somit durch die Kombination zweier unterschiedlicher Konfigurationen des Sorbens ein Adsorber, der im Betrieb eine hohe Dynamik aufweist und zugleich auch eine hohe Wärmespeicherkapazität.
Zweckmäßigerweise ist das in einer jeweiligen Konfiguration verwendete Sorbat oder auch das Material aus welchem das Sorbens besteht, in Abhängigkeit dieser Konfiguration ausgewählt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bestimmte Materialien, insbesondere Zeolithe für bestimmte Konfigurationen besonders geeignet sind. Insbesondere in Verbindung mit Wasser als Sorbat eignet sich beispielsweise Zeolith vom Typ NaY oder 13X z. B. als Schüttgut für eine Desorptionstemperatur von z. B. über 160°C und Zeolith vom Typ SAPO34 z. B. zur Direktbeschichtung mittels Kristallisation für eine Desorptionstemperatur von z. B. unter 160°C.
Zweckmäßigerweise ist der Adsorber insgesamt derart ausgebildet, dass sich dieser in eine andere Komponente des Fahrzeugs integrieren lässt, oder dass eine andere Komponente des Fahrzeugs in den Adsorber integriert ist. Diese andere Komponente ist dabei insbesondere eine Komponente einer Adsorptionsanlage des Fahrzeugs, beispielsweise ein Verdampfer, ein Kondensator, ein Zuheizer, ein Ventil zur Steuerung der Führung des Wärmemediums, ein Schaltventil oder ein Klappen- oder Rückschlagventil, zur Steuerung der Führung des Sorbats, d. h. beispielsweise Wasserdampf. Die Komponente ist dabei geeigneterweise thermisch vom Adsorber entkoppelt, beispielsweise durch Luftspalte oder Gehäuseunterbrechungen. Auf diese Weise wird insbesondere die Leistungsdichte der gesamten Adsorptionsanlage erhöht.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist in den Adsorber als Komponente ein Sensor oder Zustandssensor integriert, welcher beispielsweise ein Temperatursensor, ein Drucksensor oder ein Kombisensor ist oder ein Sensor zur Bestimmung der Sorbatkonzentration im Adsorberraum und allgemein insbesondere ein Sensor zur Ermittlung eines Zustands des Adsorbers. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass besonders im automotiven Bereich dynamisch wechselnde Anforderungen an den Betrieb des Adsorbers gestellt werden und eine reine Schätzung des Zustands aufgrund einer bekannten Lade- und Entladekurve für die Ein- und Auslagerung des Sorbats nicht möglich ist. Vielmehr ist davon auszugehen, dass im dynamischen Betrieb die Adsorption und die Desorption je nach Anforderung und Bedarf unterschiedlich erfolgt, z. B. zur dynamischen Betriebspunktadaption der Adsorptionsanlage, und daher dann entsprechend eine Messung des Zustands, z. B. der Sorbatkonzentration im Adsorberraum, vorteilhaft ist.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch zweckmäßig, in den Adsorber als Komponente einen Positionsnehmer zu integrieren, mittels welchem im Betrieb eine Position von insbesondere passiven, d. h. nicht aktiv gesteuerten oder geregelten Ventilen, beispielsweise Dampfklappen oder Rückschlagventilen, ermittelt wird. Durch Ermittlung und insbesondere Überwachung der Position ist es dann möglich, weitere Informationen über den Zustand des Adsorbers abzuleiten.
Insgesamt erfolgt durch die Integration einer oder mehrerer Sensoren und/oder Positionsnehmer dann vorteilhafterweise eine Überwachung des Zustands. Dazu ist insbesondere auch eine Steuereinheit angeordnet, auch als Controller bezeichnet, oder die Sensoren und/oder Positionsnehmer sind mit einer geeigneten Steuereinheit des Fahrzeugs verbunden, sodass eine optimale Überwachung des Zustands erfolgt und gegebenenfalls der Adsorber oder die Adsorptionsanlage des Fahrzeugs möglichst effizient gesteuert wird. In diesem Zusammenhang ist besonders das Umschalten des Adsorbers zwischen Adsorption und Desorption von Interesse. Um eine optimale und insbesondere leistungsoptimale Nutzung der vorhanden Wärmespeicherkapazität zu erzielen, wird vorteilhafterweise auf Basis des ermittelten Zustands des Adsorbers eine Umschaltzeit bestimmt, sodass der Adsorber genau im richtigen Moment umgeschaltet wird.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiels anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
1 einen Adsorber,
2 einen Wärmetauscher für den Adsorber aus 1,
3 eine Variante des Wärmetauschers aus 2, und
4 eine weitere Variante des Wärmetauschers aus 2.
In 1 ist ein Adsorber 2 in einer Querschnittansicht gezeigt. Der Adsorber 2 weist ein Gehäuse 4 auf, in dem ein Wärmetauscher 6 angeordnet ist, der sich in einer Längsrichtung L erstreckt und hier als Rohrwärmetauscher ausgebildet ist. Der Wärmetauscher 6 weist eine Wandung 8 auf, die nach innen hin einen Hohlraum begrenzt, durch welchen im Betrieb ein Wärmemedium strömt. Zum Anschließen an eine nicht näher dargestellte Adsorptionsanlage eines ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeugs weist der Adsorber 2 zudem zwei Anschlüsse 10 auf, über welche der Hohlraum des Wärmetauschers 6 zugänglich ist. Durch Zu- und Abführen des Wärmemediums ist dann ein Wärmetausch mit anderen, nicht gezeigten Komponenten des Fahrzeugs möglich.
Die Wandung 8 und das Gehäuse 4 schließen einen Adsorberraum 12 ein, der zudem über wenigstens eine Zuleitung 14 zugänglich ist. Auch über die Zuleitung 14 ist der Adsorber zudem an die Adsorptionsanlage angeschlossen. Zur Wärmespeicherung und zur Realisierung der wesentlichen Funktionalität des Adsorbers ist nun am Wärmetauscher 6 ein Sorbat 16 angeordnet sowie ein hier zunächst gasförmig im Adsorberraum 12 vorhandenes Sorbens 18. Das Sorbat 16 ist am Wärmetauscher 6 angeordnet, genauer gesagt an einer Außenfläche 20 des Wärmetauschers 6 und steht mit dieser in Kontakt, sodass eine besonders effiziente Wärmeleitung zwischen der Wandung 8 und dem Sorbat 16 gewährleistet ist.
Bei der Wärmeabgabe, d. h. beim Entladen von Wärme aus dem Adsorber 2, wird kaltes Wärmemedium durch den Wärmetauscher 6 geführt, welches über die Wandung 8 Wärme aufnimmt, die durch Adsorption von Sorbat 18 in das Sorbens 16 generiert wird. Umgekehrt wird bei der Wärmespeicherung, d. h. beim Beladen des Adsorbers 2 mit Wärme, dem Wärmemedium Wärme entnommen und das Sorbens 16 desorbiert, d. h. im Sorbens 16 eingelagertes Sorbat 18 wird ausgelagert und in den Adsorberraum 12 abgegeben. Über die Zuleitung 14 ist dann eine Ab- und Zufuhr von Sorbat 18 aus bzw. in den Adsorberraum 12 möglich, sodass beispielsweise überschüssiges Sorbat 18 einem nicht dargestellten Reservoir zugeführt werden kann. Jegliche an die Zuleitung 14 angeschlossenen Leitungen, Reservoirs und Gehäuse bilden dann mit dem Adsorberraum 12 insbesondere ein gas- und druckdicht abgeschlossenes System. Das Sorbens 16 ist insbesondere ein Zeolith und das Sorbat 18 ist insbesondere Wasser oder ein Wasser/Frostschutzmittel-Gemisch, z. B. ein Wasser/Glykol-Gemisch.
Von wesentlicher Bedeutung für die Leistungsfähigkeit des Adsorbers 2 sind einerseits der Kontakt zwischen der Wandung 8, genauer gesagt der Außenfläche 20 und dem Sorbens 16 sowie andererseits die Zugänglichkeit des Sorbens 16 für das Sorbat 18 zwecks Ad- und Desorption. Eine wesentliche Verbesserung der Leistungsfähigkeit wird dann insbesondere durch eine geeignete Ausgestaltung des Wärmetauschers 6 im Allgemeinen und der Außenfläche 20 im Speziellen erzielt sowie durch eine geeignete Ausgestaltung des Sorbens 16 und eine geeignete Anordnung desselben an der Wandung 8. Die 2 und 3 zeigen nun jeweils in einem Querschnitt quer zur Längsrichtung L ein geeignetes Ausführungsbeispiel für einen Wärmetauscher 6 mit daran angebrachtem Sorbens 16.
Der in 2 gezeigte Wärmetauscher weist eine Anzahl von Lamellen 22a, 22b auf, die sich ausgehend von der Wandung 8 in einer radialen Richtung R nach außen erstrecken und dabei jeweils einem gebogenen Verlauf folgen. Dabei sind zwei unterschiedliche Arten von Lamellen 22a, 22b ausgebildet, nämlich kurze Lamellen 22a und lange Lamellen 22b, die sich radial unterschiedlich wert erstrecken. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die langen Lamellen 22b ungefähr doppelt so lang wie die kurzen Lamellen 22a. Zudem sind Lamellen 22a, 22b in Umlaufrichtung um die Wandung 8 herum abwechselnd angeordnet. In radialer Richtung R werden auf diese Weise zwei Bereiche 24a, 24b gebildet, die eine unterschiedliche Lamellendichte aufweisen. In einem ersten, nahen Bereich 24a nahe der Wandung 8 ist die Lamellendichte aufgrund der zusätzlichen kurzen Lamellen 22a größer als in einem zweiten, entfernten Bereich 24b, in welchen hinein sich lediglich sie langen Lamellen 22b erstrecken.
Das Sorbens 16 ist in 2 zudem in zwei unterschiedlichen Konfigurationen ausgebildet, wobei jeweils eine Konfiguration in einem der Bereiche 24a, 24b angeordnet ist. So ist im nahem Bereich 24a das Sorbens 16 als Direktbeschichtung 26 ausgebildet, welche eine besonders gute und insbesondere stoffschlüssige Verbindung mit der Außenfläche 20 aufweist, d. h. hier sowohl mit der Wandung 8 als auch mit den Lamellen 22a, 22b. Die Direktbeschichtung 26 ist beispielsweise mittels eines Tauchbades oder mittels einer Kristallisation auf die Außenfläche 20 aufgebracht und stofflich mit dieser verbunden, z. B. indem einzelne Atome aus der Wandung 8 und den Lamellen 22a, 22b zur Ausbildung der Direktbeschichtung 26 verwendet werden. Diese ist somit einstückig mit dem Wärmetauscher 6 ausgebildet.
Im entfernten Bereich 24b ist dagegen zwischen jeweils zwei benachbarten langen Lamellen 22b ein Faserbündel 28 mit einer Vielzahl an Fasern 30 angeordnet. Die Fasern 30 sind wiederum mit Sorbens 16 beschichtet. Ein jeweiliges Faserbündel 28 stellt dabei eine Trägerstruktur 32 dar, die aufgrund der Fasern 30 eine besonders große Oberfläche aufweist, auf welcher sich einerseits besonders viel Sorbens 16 anordnen lässt und welche andererseits eine gute Durchströmung des Faserbündels 28 mit Sorbat 18 ermöglicht. Insgesamt ist durch dies Ausgestaltung mit zwei unterschiedlichen Konfigurationen ein Adsorber 2 realisiert, welcher sowohl eine hohe Leistungsdichte und somit eine hohe Dynamik beim Wärmetausch aufweist, als auch eine hohe Wärmespeicherkapazität. Die besondere Leistungsdichte wird dabei vorrangig durch den verbesserten Kontakt der Direktbeschichtung 26 im nahen Bereich 24a erzeugt, während die besondere Wärmespeicherkapazität vorrangig durch die große Masse an Sorbens 16 im entfernten Bereich 24b erzeugt wird, wobei die Fasern 30 eine gute Wärmezufuhr- und abfuhr ermöglichen und die Zwischenräume eine gute Durchströmung mit Sorbat 18.
In einer nicht gezeigten Variante ist im entfernten Bereich 24b kein Faserbündel 30 angeordnet, sondern eine andere Trägerstruktur 32, welche beispielsweise als Schwamm und vorzugsweise aus Aluminium ausgebildet und welche mit Sorbens 16 beschichtet ist. Solche ein Schwamm und generell eine poröse Trägerstruktur 32 eignet sich aufgrund der guten Wärmeleitung auch zur Anordnung im nahen Bereich 24a. In einer weiteren, nicht gezeigten Variante ist im entfernten Bereich 24b lediglich Sorbens 16 als Schüttgut oder als Formteil angeordnet, welches dann entsprechend viel Sorbat 18 aufnehmen kann und dadurch eine besonders hohe Wärmespeicherkapazität aufweist.
In einer weiteren Variante wird als Sorbat 16 in den unterschiedlichen Konfigurationen auch ein jeweils ein anderes Material verwendet, beispielsweise wird als Sorbens 16 für die Direktbeschichtung 26 ein Zeolith vom Typ SAPO34 verwendet, dagegen als Sorbens 16 in Form von Schüttgut ein Zeolith vom Typ 13X oder NaY.
In 3 ist eine Variante des Wärmetauschers 6 gezeigt, ebenfalls in einer Querschnittansicht quer zur Längsrichtung L. Auch hier ist der Wärmetauscher 6 zunächst als Rohrwärmetauscher ausgebildet. Allerdings geht dessen Wandung 8 in radialer Richtung R nach außen hin in eine Trägerstruktur 32 über, die hier porös und schwammartig ausgebildet ist und eine Vielzahl an Kavitäten 34 aufweist, die hier lediglich schematisch als einzelne Kreise dargestellt sind und tatsächlich in hier nicht gezeigter Weise und insbesondere herstellungsbedingt untereinander verbunden sind, sodass sich ein vorzugsweise durchgängiges Netzwerk von Poren und/oder Kanälen ergibt, durch welche im Betrieb dann das Sorbat hindurchströmen kann. Die Kavitäten 34 sind zudem mit Sorbens 16 gefüllt, jedoch insbesondere nicht vollständig und beispielsweise lediglich innenwändig mit einer Direktbeschichtung 16 versehen. Eine solche ist beispielsweise wie oben beschrieben mittels eines Tauchbades oder mittels Kristallisation aufgebracht.
Die Trägerstruktur 32 selbst ist in 3 gemeinsam mit der Wandung 8 in einem Spritzgussverfahren hergestellt, wobei der Hohlraum innerhalb der Wandung 8 sowie die Kavitäten 34 durch ein Opfermaterial erzeugt werden, welches während des Spritzgussverfahrens als Platzhalter dient, aufgrund von Erwärmung beim Spritzgießen abfließt und dabei das Netzwerk von miteinander verbundenen Kavitäten 34 bildet. In einer nicht gezeigten Alternative wird dagegen die Trägerstruktur 32 auf einen einfachen Rohrwärmetauscher aufgebracht und an diesem geeignet befestigt, beispielsweise angelötet. Auch die Verwendung eine Wärmetauschers 6 mit Lamellen 22a, 22b ist hierbei denkbar.
Die Kavitäten 34 werden vorzugsweise durch ein Opfermaterial in Form eines kugelförmigen Schüttguts hergestellt, sodass die Kavitäten 34 grundsätzlich kugelförmig oder im Wesentlichen kugelförmig sind und jeweils einen bestimmten Durchmesser D aufweisen. Wie in 3 dargestellt ist, werden die Kavitäten 34 vorzugsweise durch eine geeignete Schüttung des Opfermaterials mit unterschiedlichem Durchmesser D ausgebildet. Die Ausbildung unterschiedlicher Durchmesser D ist auch bei einer Trägerstruktur 32 bevorzugt, welche nicht auf die oben beschriebene Weise hergestellt wird, sondern beispielsweise durch Schäumung oder sonstwie. Durch die verschiedenen Durchmesser D entsteht dann eine Anzahl an Zonen unterschiedlicher Dichte der Trägerstruktur 32, die dann unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. So zeichnet sich eine besonders dichte Zone, mit kleinen Kavitäten 34 durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus und eine Zone mit großen Kavitäten 34 durch eine hohe Wärmespeicherkapazität und eine gute Durchströmbarkeit. Im Ausführungsbeispiel der 3 ist nun die Trägerstruktur derart ausgebildet, dass dessen Dichte ausgehend von der Wandung 8 und nach außen hin, d. h. hier in radialer Richtung R, abnimmt. Dadurch ist die im Wesentlichen radiale Durchströmung der Trägerstruktur mit Sorbat 18, d. h. insbesondere mit Wasserdampf, mit einem lokalen Strömungsquerschnitt möglich, welcher zu dem radial nach außen zunehmenden örtlichen Massenstrom näherungsweise proportional ist, welcher sich radial nach außen ebenfalls vergrößert und welcher durch die untereinander offenen Kavitäten 34 ausgebildet wird. Damit wird eine besonders effektive, d. h. hier leistungs- und energiedichte Funktion des Adsorbers realisiert. Weiterhin ist ähnlich wie in 2 auch in 3 nahe der Wandung 8 eine hohe Dynamik im Betrieb möglich, während weiter außen eine hohe Wärmespeicherkapazität vorliegt.
In 4 ist eine weitere Variante des Wärmetauschers 6 gezeigt, bei dem das Sorbens 16 gemeinsam mit einer Anzahl an Fasern 30 zu einem Kombiformkörper 36 verpresst ist. Dabei ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Kombiformkörper 36 direkt auf die Wandung 8 gepresst, alternativ werden jedoch zunächst eines oder mehrere Kombiformteile 36 hergestellt und dann anschließend an der Wandung 8 befestigt.
Vor dem Verpressen werden das Sorbens 16 z. B. als Pulver und die Fasern 30 in einer geeigneten Form angeordnet und anschließend wird die Anordnung zum Kombiformteil 36 verpresst. Um im Betrieb dann ein effizientes Eindringen von Sorbat 18 zu ermöglichen, wird zusätzlich eine Anzahl an Kanälen 38 in das Kombiformteil eingebracht, beispielsweise eingebohrt. Im Ausführungsbeispiel der 4 erstrecken sich diese in radialer Richtung R, grundsätzlich sind aber auch andere Verläufe denkbar, insbesondere auch Kombiformkörper 36, die ohne Kanäle 38 ausgeführt sind, z. B. flache Kombiformkörper 36, die sich nach dem Verpressen nur wenige Millimeter, z. B. 0,5 bis 3 mm, über die Außenfläche 20 erstrecken. Durch das Einbringen der Fasern 30 in den Kombiformkörper 36 wird sowohl dessen mechanische Festigkeit nach der Art eines faserverstärkten Werkstoffs erhöht, als auch dessen Wärmeleitfähigkeit verbessert, insbesondere mit Fasern 30, die aus einem wärmeleitenden Kunststoff oder einem Metall, z. B. Aluminium, hergestellt sind.
Die in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele sind ebenso vorteilhaft auch analog auf andere Typen von Wärmetauschern anwendbar, beispielsweise Lamellenwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher, Plattenwärmetauscher oder Microchannel-Wärmetauscher.
Bezugszeichenliste

2: Adsorber
4: Gehäuse
6: Wärmetauscher
8: Wandung
10: Anschluss
12: Adsorberraum
14: Zuleitung
16: Sorbens
18: Sorbat
20: Außenfläche
22a: kurze Lamelle
22b: lange Lamelle
24a: erster, naher Bereich
24b: zweiter, entfernter Bereich
26: Direktbeschichtung, Beschichtung
28: Faserbündel
30: Faser
32: Trägerstruktur
34: Kavität
36: Kombiformteil
38: Kanal
D: Durchmesser
L: Längsrichtung
R: radiale Richtung

Claims

Adsorber (2) für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse (4), in welchem ein Sorbens (16) angeordnet ist, zur Speicherung von Wärme und zur Abgabe von gespeicherter Wärme, und mit einem Wärmetauscher (6), der innerhalb des Gehäuses (4) angeordnet ist, der eine Wandung (8) aufweist, welche einen Hohlraum einschließt, zur Führung eines Wärmemediums, und der eine Außenfläche (20) aufweist, die mit dem Sorbens (16) in Kontakt steht, zum Austausch von Wärme.
Adsorber (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (6) als Rohrwärmetauscher ausgebildet ist, mit einem Innendurchmesser, der höchstens 10 mm beträgt, bevorzugt höchstens 6 mm, oder dass der Wärmetauscher (6) als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet ist, mit einer Vielzahl an Rohrwärmetauschern, die jeweils einen Innendurchmesser im Bereich von 1 bis 6 mm aufweisen, oder dass der Wärmetauscher (6) als Lamellenwärmetauscher ausgebildet ist, mit einer Vielzahl an Lamellen (22a, 22b), wobei zwei benachbarte Lamellen (22a, 22b) jeweils um höchstens 1 mm voneinander beabstandet sind, oder dass der Wärmetauscher (6) als Microchannel-Wärmetauscher ausgebildet ist.
Adsorber (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (20) des Wärmetauschers (6) mehrere Lamellen (22a, 22b) aufweist, wobei zwei jeweils benachbarte Lamellen (22a, 22b) um höchstens 2 mm voneinander beabstandet sind.
Adsorber (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (6) eine Längsachse aufweist, die sich in einer Längsrichtung (1) erstreckt, und dass die Außenfläche (20) des Wärmetauschers (6) eine Anzahl an Lamellen (22a, 22b) aufweist, die sich von der Wandung (8) ausgehend nach außen erstrecken und einem komplexen Verlauf folgen und sich insbesondere schräg oder senkrecht zur Längsrichtung (L) erstrecken.
Adsorber (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (20) des Wärmetauschers (6) mehrere Lamellen (22a, 22b) aufweist, die sich von der Wandung (8) ausgehend nach außen erstrecken und dabei einem komplexen, insbesondere gebogenen Verlauf folgen.
Adsorber (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Lamellen (22a, 22b) ein Abstand ausgebildet ist, der ausgehend von der Wandung (8) nach außen hin vergrößert ist.
Adsorber (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei unterschiedliche Arten von Lamellen (22a, 22b) ausgebildet sind, welche ausgehend von der Außenfläche (20) und nach außen hin unterschiedlich lang sind.
Adsorber (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (22a, 22b) unterschiedlicher Arten auf der Wandung (8) abwechselnd angeordnet sind.
Adsorber (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (6) eine insbesondere poröse Trägerstruktur (32) für das Sorbens (16) aufweist.
Adsorber (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (32) einstückig mit dem Wärmetauscher (6) ausgebildet ist.
Adsorber (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (32) als Faserbündel (28) ausgestaltet ist, mit mehreren Fasern (30), welche eine Anzahl von Zwischenräumen ausbilden, in denen das Sorbens (16) angeordnet ist.
Adsorber (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (32) eine Porosität aufweist, welche ausgehend von der Wandung (8) und nach außen hin verändert ist, insbesondere erhöht.
Adsorber (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorbens (16) mit dem Wärmetauscher (6) oder mit einer Trägerstruktur (32) des Wärmetauschers (6) verpresst ist.
Adsorber (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in das verpresste Sorbens (16) eine Anzahl an Kanälen (38) eingebracht ist, zur Zu- und Abführung von Sorbat (18) im Betrieb.
Adsorber (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorbens (16) als Schüttgut und in Form einer Schüttung, als eine Anzahl von Formteilen oder als eine Direktbeschichtung (26), insbesondere mittels Kristallisation, ausgebildet ist.
Adsorber (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gemeinsam mit dem Sorbens (16) eine Anzahl an Fasern (30) angeordnet ist, welche gemeinsam mit dem Sorbens (16) zu einem Kombiformteil (36) verbunden, insbesondere verpresst sind.
Adsorber (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorbens (16) in zumindest zwei unterschiedlichen Konfigurationen vorliegt, die ausgewählt sind aus einer Gruppe von Konfigurationen, umfassend: Sorbens (16) als Schüttung, Sorbens (16) als Direktbeschichtung (26), Sorbens (16) als Formteil, Sorbens (16) auf einer Trägerstruktur (32), Sorbens (16) mit Trägerstruktur (32) als Kombiformteil (36); Sorbens (16), das gemeinsam mit dem Wärmetauscher (6) verpresst ist.
Adsorber (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Wandung (8) und/oder zwischen mehreren Lamellen (22a, 22b) des Wärmetauschers (6) in einem ersten, nahen Bereich (24a) das Sorbens (16) als Direktbeschichtung (26) ausgebildet ist und direkt auf der Wandung (8) und/oder den Lamellen (22a, 22b) und/oder auf einer Trägerstruktur (32) angeordnet ist und dass in einem zweiten, entfernten Bereich (24b) das Sorbens (16) als Formteil und/oder als Schüttgut und/oder auf einer Trägerstruktur (32) angeordnet ist und/oder dass ein Faserbündel (28) angeordnet ist, welches mit dem Sorbens (16) beschichtet oder verpresst ist.
Adsorber (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser derart ausgebildet, dass dieser in eine Komponente des Fahrzeugs integriert ist oder eine Komponente des Fahrzeugs in den Adsorber (2) integriert ist.
Adsorber (2), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse (4), in welchem ein Sorbens (16) angeordnet ist, und mit einem Wärmetauscher (6), welcher innerhalb des Gehäuses (4) angeordnet ist, welcher eine Wandung (8) aufweist und welcher eine Außenfläche (20) aufweist, die mit dem Sorbens (16) in Kontakt steht und die mehrere Lamellen (22a, 22b) aufweist, die sich von der Wandung (8) ausgehend nach außen erstrecken, wobei zumindest zwei unterschiedliche Arten von Lamellen (22a, 22b) ausgebildet sind, welche ausgehend von der Außenfläche (12) und nach außen hin unterschiedlich lang sind, und wobei auf der Außenfläche (20) des Wärmetauschers (6) in einem ersten, nahen Bereich (24a) das Sorbens (16) als Direktbeschichtung (26) ausgebildet ist und in einem zweiten, entfernten Bereich (24b) ein Faserbündel (28) oder eine Trägerstruktur (32) angeordnet ist, welches bzw. welche mit Sorbens (16) beschichtet ist.
Adsorber (2), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse (4), in welchem ein Sorbens (16) angeordnet ist, und mit einem Wärmetauscher (6), welcher innerhalb des Gehäuses (4) angeordnet ist, welcher eine Wandung (8) aufweist und welcher eine Außenfläche (20) aufweist, die mit dem Sorbens (16) in Kontakt steht, wobei der Wärmetauscher (6) eine Trägerstruktur (32) für das Sorbat (18) aufweist, welche einstückig mit dem Wärmetauscher (6) ausgebildet ist und eine Porosität aufweist, welche ausgehend von der Wandung (8) und nach außen hin erhöht ist.
Adsorber (2), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse (4), in welchem ein Sorbens (16) angeordnet ist, und mit einem Wärmetauscher (6), welcher innerhalb des Gehäuses (4) angeordnet ist, welcher eine Wandung (8) aufweist und welcher eine Außenfläche (20) aufweist, die mit dem Sorbens (16) in Kontakt steht, wobei das Sorbens (16) mit einem Faserbündel (28) verpresst ist und das Sorbens (16) mit dem Faserbündel (28) als ein Kombiformteil (38) mit dem Wärmetauscher (6) verpresst ist, und wobei in das Kombiformteil (38) eine Anzahl an Kanälen (38) eingebracht ist, zur Zu- und Abführung von Sorbat (18) im Betrieb.
Verfahren zur Herstellung eines Adsorbers (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (4), der Wärmetauscher (6), oder der gesamte Adsorber (2) mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens und als ein Rapid-Prototyping-Teil hergestellt wird, oder wobei der Wärmetauscher (6) ausgehend von einem Halbzeug, insbesondere einem Strangprofil, hergestellt wird, oder wobei der Wärmetauscher (6) oder das Gehäuse (4) oder der gesamte Adsorber (2) mittels eines Gieß- oder Spritzgussverfahrens hergestellt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (6) mittels eines Gieß- oder Spritzgussverfahrens hergestellt wird, wobei zugleich auch eine porose Trägerstruktur (32) ausgebildet wird, die an der Wandung (8) angeordnet ist und sich an die Wandung (8) anschließt.
Verfahren, insbesondere nach einem der beiden vorhergehenden Verfahrensansprüche, zur Herstellung eines Adsorber (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Wärmtauscher (6) eine Direktbeschichtung (26) aus dem Sorbens (16) aufgebracht wird, indem der Wärmetauscher (6) in einem Tauchbad oder durch Aufspritzen mit dem Sorbens (16) beschichtet wird, oder indem der Wärmetauscher (6) durch eine Kristallisation von Sorbens (16) auf der Außenfläche (20) beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Verfahrensansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Sorbens (16) und aus einer Trägerstruktur (32), insbesondere einem Faserbündel (28), ein Formteil als ein Kombiformteil (36) hergestellt wird, indem das Sorbens (16) in Pulverform bereitgestellt wird und die Trägerstruktur (32) gemeinsam mit dem Sorbens (16) verpresst wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (32) als ein Faserbündel (28) aus einer Anzahl von Fasern (30) ausgebildet ist, welche zunächst in das Sorbens (16) eingelegt und anschließend mit diesem verpresst werden.
Verfahren nach einem der Verfahrensansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Wärmetauscher (6) eine Direktbeschichtung (26) insbesondere durch eine Kristallisation aufgebracht wird, nachfolgend zusätzliches Sorbens (16) angeordnet und anschließend das zusätzliche Sorbens (16) mit der Direktbeschichtung (26) stoffschlüssig verbunden wird, indem die Direktbeschichtung (26) und das zusätzliche Sorbens (16) einer Kristallisation unterzogen oder in ein Tauchbad eingetaucht werden oder weiteres Sorbens (16) aufgebracht, insbesondere aufgespritzt wird.
Verfahren, insbesondere nach einem der Verfahrensansprüche 23 bis 28, zur Herstellung eines Adsorber (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Wärmetauscher (6) insbesondere nachfolgend zusätzliches Sorbens (16) in Form einer Schüttung oder als ein Formteil oder als ein Kombiformteil (36) angeordnet wird und anschließend das zusätzliche Sorbens (16) mit dem Wärmetauscher (6) stoffschlüssig verbunden wird, indem der Wärmetauscher (6) und das zusätzliche Sorbens (16) einer Kristallisation unterzogen oder in ein Tauchbad eingetaucht werden oder weiteres Sorbens (16) aufgespritzt oder aufgebracht wird.
Fahrzeug mit einer Adsorptionsanlage, die einen Adsorber (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22 aufweist.