DE19539103A1

DE19539103A1 - Fahrzeug mit einer Adsorptionsklimaanlage

Info

Publication number: DE19539103A1
Application number: DE19539103A
Authority: DE
Inventors: Fritz Widemann; Helmut Mayer
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-04-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Adsorptionsklimaanlage zum wahlweisen Beheizen oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraumes.

Fahrzeuge verfügen bislang zum Heizen über fahrzeugeigene Wärmeübertrager, die von einem vom Motor des Fahrzeuges durchströmten Wärmeträger erwärmt werden. Solche Heizeinrichtungen können erst nach längerer Laufdauer des Motors Wärme abgeben. Motorunabhängige Fahrzeugzusatzheizungen, die mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff beheizt werden, ermöglichen zwar ein Beheizen eines Fahrzeuginnenraumes auch beim Stillstand des Fahrzeuge, sie stellen jedoch einen erheblichen Zusatzaufwand dar. Dasselbe gilt für herkömmliche Fahrzeugklimaanlagen, deren Kompressor nur bei laufendem Motor betrieben werden kann. Für mit elektrischen Antriebsmotoren angetriebene Fahrzeuge wurde bislang überhaupt keine zufriedenstellende geeignete Lösung für ein Beheizen und/oder Kühlen des Fahrzeuginnenraumes gefunden, da jede von der Bordbatterie entnommene elektrische Energie den ohnehin sehr geringen Aktionsradius eines solchen Fahrzeuges weiter einschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einer Klimaanlage zu versehen, die ein wahlweises Beheizen oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraumes ermöglicht und die dabei einfach und leicht im Aufbau ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Gemäß der Erfindung weist ein Fahrzeug einen mobilen Sorptionsmodul auf, der zum einen aus einem mit einem Sorptionsmaterial versehenen Sorptionswärmeübertrager und zum anderen aus einem mit diesem verbundenen Verdampfer zur Aufnahme eines flüssigen Arbeitsmittels besteht. Am Fahrzeug ist eine Aufnahmeeinrichtung für den Sorptionsmodul vorgesehen, die an wenigstens einen mit dem Fahrzeuginnenraum verbundenen ersten Luftkanal angeschlossen ist und die ferner an einen zweiten, mit der Umgebungsluft kommunizierenden Luftkanal angeschlossen ist. Sorptionsmodul und Aufnahmeeinrichtung sind gemäß der vorliegenden Erfindung so gestaltet, daß beim Einsetzen des Sorptionsmoduls wahlweise entweder der Sorptionswärmeübertrager oder der Verdampfer mit dem ersten oder mit dem zweiten Luftkanal verbindbar sind. Somit läßt sich durch einfaches Umdrehen des Sorptionsmoduls wahlweise der bei einem Adsorptionsvorgang Wärme abgebende Sorptionswärmeübertrager oder der beim Adsorptionsvorgang Wärme aufnehmende, also Kälte abgebende Verdampfer mit dem zum Innenraum führenden Luftkanal verbinden. Das Desorbieren des Sorptionswärmeübertragers kann dabei wahlweise in einer externen Ladestation oder bei entsprechend vorbereitetem elektrischem Anschluß der fahrzeugfesten Aufnahmeeinrichtung auch im Fahrzeug erfolgen. Aufgrund seiner geringen Maße und seines geringen Gewichtes ist der Sorptionsmodul zwischen Fahrzeug und Ladestation leicht zu transportieren. Er kann bei einem plötzlichen Umschlagen der klimatischen Verhältnisse auch leicht unterwegs umgedreht werden, um vom Heizbetrieb auf Kühlbetrieb oder umgekehrt umzuschalten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß als Sorptionsmaterial Zeolith und als Arbeitsmittel Wasser verwendet wird. Ein mit einer derartigen Sorptionsklimaanlage ausgerüstetes Fahrzeug ist besonders umweltfreundlich betreibbar. Eine solche Anlage ist beispielsweise hervorragend für einen Einsatz in einem ausschließlich im Bereich der Städte eingesetzten Elektrofahrzeug geeignet.

Vorteilhafterweise erfolgt das Desorbieren des Sorptionswärmeübertragers mittels einer elektrischen Heizeinrichtung. Diese kann, wie bereits angedeutet, vom Fahrzeug getrennt in einer externen Ladestation, beispielsweise in der Garage, stattfinden oder alternativ dazu mittels einer elektrischen Heizeinrichtung, welche gemäß einer vorteilhaften Variante in den Sorptionswärmeübertrager integriert ist. In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahmeeinrichtung und der Sorptionswärmeübertrager elektrische Kontakteinrichtungen aufweisen, mittels denen beim Einsetzen des Sorptionsmoduls in die Aufnahmeeinrichtung selbsttätig ein Anschluß des Sorptionsmoduls an eine fahrzeugfeste elektrische Versorgungsleitung erfolgt. Durch eine solche in den Sorptionswärmeübertrager integrierte Heizeinrichtung erübrigt sich das Entnehmen des Sorptionsmoduls in der Garage und es kann durch einfaches Anstecken an eine Steckdose der Desorptionsvorgang direkt im Fahrzeug erfolgen.

Für eine Verbesserung der Energieumsetzung vom Sorptionsmodul zum Fahrzeuginnenraum ist es vorteilhaft, wenn zur Förderung von Luft durch den ersten und/oder den zweiten Luftkanal wenigstens ein Gebläse vorgesehen ist. Für eine Förderung von Luft zum Fahrzeuginnenraum kann dies beispielsweise ein fahrzeugeigenes Gebläse sein, welches im Bereich eines vom Kühlmittel eines Verbrennungsmotors durchströmten Wärmeübertragers angeordnet ist. Bei einem mit einem Verbrennungsmotor ausgerüsteten Fahrzeug kann der mobile Sorptionsmodul für eine Beheizung oder Kühlung im Stillstand des Fahrzeuges oder zu Beginn einer Fahrt unterstützend eingesetzt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gebläse mit dem Sorptionsmodul verbunden oder in die Aufnahmeeinrichtung integriert. Bei einer vorstehend beschriebenen elektrischen Kontaktierung der Aufnahmeeinrichtung und des Sorptionswärmeübertragers läßt sich das Gebläse vorteilhaft ebenfalls über diese Kontakteinrichtung mit elektrischer Energie versorgen. Elektrofahrzeuge, die bislang auf einfache Formen der Klimatisierung verzichten mußten, lassen sich in einfacher Weise mit einer Aufnahmeeinrichtung und einem Sorptionsmodul nachrüsten. Die Aufnahmeeinrichtung läßt sich wahlweise in einem Motorraum oder in einem Gepäckraum oder dergleichen anordnen.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein Fahrzeug mit einem zu Heizzwecken eingesetzten Sorptionsmodul,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein Fahrzeug mit einem zu Kühlzwecken eingesetzten Sorptionsmodul,

Fig. 3 den Sorptionsmodul während der Desorption in einer externen Ladestation,

Fig. 4 den Sorptionsmodul während eines Adsorptionsvorganges zur Erzeugung von Kälte im Fahrzeuginnenraum und

Fig. 5 eine perspektivische Detaildarstellung eines Sorptionswärmeübertragers mit integrierten elektrischen Heizeinrichtungen.

Ein Fahrzeug 1 ist zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraumes 3 mit einer insgesamt mit 2 bezeichneten Sorptionsklimaanlage ausgerüstet. Die Sorptionsklimaanlage 2 besteht aus einem mobilen Sorptionsmodul 4 und einer fahrzeugfesten Aufnahmeeinrichtung 15, in welche der Sorptionsmodul 4 einsetzbar ist.

Der Sorptionsmodul 4 setzt sich aus einem Sorptionswärmeübertrager 5 und einem strömungsmäßig mit diesem verbundenen Verdampfer 6 zusammen. Der Sorptionswärmeübertrager 5 besteht aus einem Paket von übereinandergeschichteten, voneinander beabstandeten Lamellen 7, welche durch senkrecht dazu angeordnete Rohre 8 durchdrungen sind. Die Zwischenräume zwischen den Lamellen 7 sind mit einem Sorbensgranulat 9 gefüllt, welches zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise mit einem Binder (z. B. Keramikkleber) verbunden ist. Das Sorptionsgranulat 9 nimmt bei einem Adsorptionsvorgang im Verdampfer 6 verdampfendes Wasser in dampfförmiger Form auf und gibt dabei Wärme an die Lamellen 7 und über diese oder unmittelbar an die Rohre 8 ab. Während bei der Verdampfung des Arbeitsmittels, vorzugsweise Wasser, im Verdampfer 6 Kälte erzeugt wird, wird gleichzeitig in der Adsorptionsphase im Sorptionswärmeübertrager 5 Wärme erzeugt. Durch einen durch die Rohre 8 beförderten vorzugsweise gasförmigen Wärmeträger kann die Kälte - bzw. Wärmeenergie - für eine Klimatisierung des Fahrzeuginnenraumes 3 genutzt werden.

Die fahrzeugfeste Aufnahmeeinrichtung 15 ist an einen ersten Luftkanal 10 angeschlossen, durch welchen Frischluft F aus der Umgebung oder Umluft U aus dem Fahrzeuginnenraum durch den in Fig. 1 oder 2 jeweils oben liegenden Teil des Sorptionsmoduls 4 geleitet und mittels eines Gebläses 12 dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird. Die fahrzeugfeste Aufnahmeinrichtung 15 ist ferner mit einem zweiten Luftkanal 11 verbunden, der mit der Umgebung kommuniziert und durch den mittels eines Gebläses 13 Luft über den jeweils anderen, unten liegenden Teil des Sorptionsmoduls 4 geleitet wird. Die durch die Luftkanäle 10 bzw. 11 strömende Luft durchströmt beim Passieren des Sorptionsmoduls 4 die Rohre 8 im Sorptionswärmeübertrager 5 bzw. im Verdampfer 6.

Je nachdem, welcher Teil des Sorptionsmoduls 4 beim Einsetzen in das Fahrzeug 1 mit dem ersten Luftkanal 10 oder mit dein zweiten Luftkanal 11 in Verbindung gebracht wird, erfolgt bei einem Adsorptionsvorgang im Sorptionsmodul 4 eine Versorgung des Fahrzeuginnenraumes mit Heizluft H (Fig. 1) oder mit Kaltluft K (Fig. 2). Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist der Sorptionsmodul 4 so in die Aufnahmeeinrichtung 15 eingesetzt, daß der dort oben liegende Sorptionswärmeübertrager 5 mit dem ersten Luftkanal 10 verbunden ist. Die beim Adsorptionsvorgang vom Sorptionsgranulat 9 abgegebene Wärme erwärmt dabei die Frischluft F oder die Umluft U, welche die Rohre 8 durchströmt und mittels des Gebläses 10 dem Fahrzeuginnenraum 3 zugeführt wird. Die durch die Verdampfung des Wassers im unten liegenden Verdampferteil 6 gleichzeitig entstehende Kaltluft wird über den zweiten Luftkanal 11 an die Umgebung abgegeben.

In Fig. 2 ist der Sorptionsmodul umgekehrt in das Fahrzeug 1 eingesetzt. Der Verdampfer 6 liegt nunmehr oben und seine Rohre 8 werden von Frischluft F oder Umluft U durchströmt, welche im abgekühlten Zustand als Kaltluft K mittels des Gebläses 12 zum Fahrzeuginnenraum 3 befördert wird. Die gleichzeitig im unten liegenden Sorptionswärmeübertrager 5 bei der Adsorption entstehende Wärme wird über durch ein Gebläse 13 durch den zweiten Luftkanal 11 geförderte Luft als Heizluft H an die Umgebung abgegeben.

Die Gebläse 12 im ersten Lüftungskanal 10 bzw. 13 im zweiten Lüftungskanal 11 sind vorzugsweise mit der fahrzeugfesten Aufnahmeeinrichtung 15 verbunden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist jedoch auch eine Integration der Gebläse in den Sorptionsmodul 4 denkbar.

Nachdem der Sorptionswärmeübertrager 5 das Wasser als Arbeitsmittel bis zur Sättigung adsorbiert hat, muß der Sorptionsmodul 4 zur Herstellung der Betriebsbereitschaft einer Desorption unterzogen werden. Hierbei wird dem Sorptionswärmeübertrager 5 Wärme zugeführt, durch welche der im Sorptionsgranulat 9 aufgenommene Wasserdampf ausgetrieben und im als Kondensator wirkenden Verdampfer 6 in flüssiger Form abgeschieden wird. Für eine solche Desorptionsphase wird der Sorptionsmodul 4 aus dem Fahrzeug 1 entnommen und in eine stationäre Ladestation verbracht. Diese kann beispielsweise in der Garage des Fahrzeugeigentümers angeordnet sein. Die elektrische Heizeinrichtung 14 besteht aus einem Bündel von Heizstäben, welche derart beabstandet sind, daß sie gemeinsam in die Rohre 8 des Sorptionsmoduls 4 einführbar sind. Die für eine Desorption nötige Wärmeenergie kann jedoch auch in einer stationären Ladestation, beispielsweise durch Heizgas, welches die Rohre 8 des Adsorptionswärmeübertragers 5 durchströmt, aufgebracht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Aufnahmeeinrichtung 15 mit einer elektrischen Kontakteinrichtung 19 versehen ist, die mit einer am Sorptionswärmeübertrager 5 vorgesehenen elektrischen Kontakteinrichtung 18 beim Einsetzen des Sorptionsmoduls 4 ins Fahrzeug 1 selbsttätig in elektrischen Kontakt gerät. Die elektrische Kontakteinrichtung 19 ist mit einer elektrischen Versorgungsleitung 20 verbunden, welche im Fahrzeug 1 verlegt ist. Die Versorgungsleitung 20 kann beispielsweise als Teil der Bordelektrik des Fahrzeugs 1 ausgelegt sein, sie kann aber auch als zusätzliche Leitung ausgebildet sein, die mit einem aus dem Fahrzeug herausführbaren Leitungsteil und einem zusätzlichen Stecker an eine stationäre Steckdose angeschlossen werden kann. Bei einer solchen Auslegung ist es möglich, eine Desorption des Sorptionswärmeübertragers 5 im Fahrzeug 1 durchzuführen. Im Falle einer Integration der Gebläse 12 bzw. 13 in den Sorptionsmodul 4 ist es zweckmäßig, wenn die zum Betrieb der Gebläse 12, 13 erforderliche Energie ebenfalls über die elektrischen Kontakteinrichtungen 18 bzw. 19 zugeführt wird. Für eine direkte Durchführung einer Desorptionsphase im Fahrzeug 1 ist es vorteilhaft, wenn die Rohre 8 des Sorptionswärmeübertragers 5 mit elektrischen Heizeinrichtungen versehen sind. Als mögliche Alternativen sind hierbei in Fig. 5 in die Rohrwandungen integrierte Heizstäbe 16 bzw. Heizspiralen 17 gezeigt.

Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, daß der Sorptionswärmeübertrager 5 und der Verdampfer 6 je nach Anwendungszweck wahlweise mit dem ersten Luftkanal 10 bzw. dem zweiten Luftkanal 11 in Verbindung gebracht werden können. Dies kann, wie vorstehend beschrieben, durch Umdrehen des Sorptionsmoduls 4 geschehen, es ist jedoch auch möglich und denkbar, den Anschluß der Luftkanäle 10 bzw. 11 an die Aufnahmeeinrichtung 15 so zu gestalten, daß beispielsweise mittels flexibler Kanalelemente (z. B. Wellrohre) durch Verschiebung oder Verdrehung eines Anschlußstückes eine Veränderung der Anschlußposition der Luftkanäle 10 bzw. 11 erfolgt, wobei dann der Sorptionsmodul 4 stets in der gleichen Lage in das Fahrzeug 1 eingesetzt werden könnte. Ferner ist durch eine geeignete Klappensteuerung auch eine Mischung von Kaltluft K und Heißluft H dem Fahrzeuginnenraum 3 zuführbar.

Ein mit einer vorstehend beschriebenen Sorptionsklimaanlage ausgerüstetes Fahrzeug ist in einfacher Weise auch während des Stillstandes klimatisierbar. Durch die Verwendung eines mobilen Sorptionsmoduls ist gewährleistet, daß nur die für das Beheizen oder Kühlen notwendigen Anlagenteile ins Fahrzeug eingebracht werden müssen. Hierdurch ergibt sich insgesamt eine Gewichtsreduzierung für das gesamte Fahrzeug.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeug
2 Sorptionsklimaanlage
3 Fahrzeuginnenraum
4 Sorptionsmodul
5 Sorptionswärmeübertrager
6 Verdampfer
7 Lamellen
8 Rohre
9 Sorptionsgranulat
10 erster Luftkanal
11 zweiter Luftkanal
12 Gebläse
13 Gebläse
14 elektrische Heizeinrichtung
15 Aufnahmeeinrichtung
16 Heizstäbe
17 Heizspiralen
18 elektr. Kontakteinrichtung (an 4)
19 elektr. Kontakteinrichtung (an 15)
20 elektr. Versorgungsleitung
F = Frischluft
U = Umluft
H = Heißluft
K = Kaltluft

Claims

1. Fahrzeug (1) mit einer Sorptionsklimaanlage (2) zum wahlweisen Beheizen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraumes (3)

- mit einem vorzugsweise mobilen Sorptionsmodul (4), der einen mit einem Sorptionsmittel versehenen Adsorptionswärmeübertrager (5) und einen mit diesem verbundenen Verdampfer (6) zur Aufnahme eines flüssigen Arbeitsmittels aufweist,
- mit einer fahrzeugfesten Aufnahmeeinrichtung (15) für den Sorptionsmodul (4), welche an wenigstens einen mit dem Fahrzeuginnenraum (3) verbundenen ersten Luftkanal (10) angeschlossen ist und welche an einen zweiten, mit der Umgebungsluft kommunizierenden Luftkanal (11) angeschlossen ist,
- wobei Sorptionsmodul (4) und Aufnahmeeinrichtung (15) so gestaltet sind, daß beim Einsetzen des Sorptionsmoduls (4) wahlweise der Sorptionswärmeübertrager (5) oder der Verdampfer (6) mit dem ersten Luftkanal (10) oder mit dem zweiten Luftkanal (11) verbindbar sind.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sorptionsmittel Zeolith und als Arbeitsmittel Wasser verwendet wird.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sorptionswärmeübertrager (5) mittels einer elektrischen Heizeinrichtung (14, 16, 17) desorbierbar ist.

4. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizeinrichtung (16, 17) in den Sorptionswärmeübertrager (5) integriert ist.

5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (15) und der Sorptionswärmeübertrager (5) eine elektrische Kontakteinrichtung (18, 19) aufweisen, mittels der beim Einsetzen des Sorptionsmoduls (4) in die Aufnahmeeinrichtung (15), selbsttätig ein Anschluß des Sorptionsmoduls (4) an eine fahrzeugfeste elektrische Versorgungsleitung (20) erfolgt.

6. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung von Luft durch den ersten und/oder zweiten Luftkanal (10 bzw. 11) wenigstens ein Gebläse (12, 13) vorgesehen ist.

7. Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (12, 13) mit dem Sorptionsmodul (4) verbunden ist.

8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (12, 13) in die Aufnahmeeinrichtung (15) integriert ist.

9. Fahrzeug (1) mit einer Sorptionsklimaanlage (2) zum Wahlweisen Beheizen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraumes (3)

- mit einem Sorptionsmodul (4), der einen mit einem Sorptionsmittel versehenen Adsorptionswärmeübertrager (5) und einen mit diesem verbundenen Verdampfer (6) zur Aufnahme eines flüssigen Arbeitsmittels aufweist,
- mit einem mit dem Fahrzeuginnenraum (3) verbundenen ersten Luftkanal (10) und mit einem zweiten, mit der Umgebungsluft kommunizierenden Luftkanal (11)
- wobei zwischen Sorptionsmodul (4) und den Luftkanälen (10 bzw. 11) eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, die ein wahlweises Verbinden des Sorptionswärmeübertragers (5) oder des Verdampfers (6) mit einem der Luftkanäle (10 bzw. 11) ermöglicht.