DE4133917A1 - Einrichtung zum heizen und/oder kuehlen einer kabine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Heizen und/oder Kühlen einer Kabine, insbesondere eines Fahrgastraums in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der älteren Patentanmeldung P 41 25 993.9 ist eine gat­ tungsgemäße Einrichtung bekannt, mit der ohne Einsatz von FCKW-Kühlmitteln eine zufriedenstellende Klimatisierung des Fahrgastraums in einem Kraftfahrzeug möglich ist. Jedoch muß anschließend an eine der Klimatisierung dienende Adsorp­ tionsphase der beladene Reaktor desorbiert werden; während der Desorption des Reaktors steht ausreichende Kälteenergie nicht zur Verfügung, so daß die Klimatisierung oder Heizung einer Kabine mittels eines Sorptionsreaktors nur über einen begrenzten Zeitraum möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge­ mäße Einrichtung derart weiterzubilden, daß ein Heizen und/oder Kühlen einer Kabine kontinuierlich über eine lange Zeitspanne möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Anordnung eines zweiten Sorptionsreaktors ist ein kontinuierlicher Betrieb der Einrichtung möglich. In der Adsorptionsphase des ersten Reaktors wird Kälteenergie für einen ersten Betriebszyklus zur Verfügung gestellt, während gleichzeitig der zweite Reaktor desorbiert wird. Erreicht der erste Sorptionsreaktor seine Beladungsgrenze, wird auf den zweiten, inzwischen de­ sorbierten Reaktor umgeschaltet, so daß für einen folgenden Betriebszyklus wieder ausreichend Kälteenergie zur Klimati­ sierung der Kabine zur Verfügung steht. In der Adsorptions­ phase des zweiten Reaktors wird nun der erste Reaktor de­ sorbiert, um für einen nächsten Betriebszyklus zur Verfügung zu stehen. Es ist eine kontinuierliche Klimatisierung der Kabine möglich. Adsorption wie Desorption erfolgen drucklos, was einen einfachen Aufbau der Einrichtung gewährleistet.

In einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Wechselschaltung der Reaktoren über gehäusefeste Luftleitkanäle und ent­ sprechende Luftstromsteuerelemente gebildet. Derartige Luftstromsteuerelemente, die insbesondere als Luftklappen ausgebildet sind, sind einfach im Aufbau und erlauben ein rasches Umschalten, wodurch eine unmittelbare Umschaltung von dem einen zum anderen Reaktor gewährleistet ist.

Um innerhalb einer kleinen Zeitspanne eine etwa vollständige Desorption eines beladenen Reaktors zu gewährleisten, ist in der Reaktionskammer ein innerer Wärmetauscher angeordnet, der primärseitig mit einem äußeren Wärmetauscher verbunden ist, welcher insbesondere vom Abgas der Brennkraftmaschine beaufschlagt ist. Durch die eingebrachte Wärmeenergie wird das im Sorbens aufgenommene Wasser verdampft und von einem zugeführten Luftstrom über einen Fortluftkanal ausgetragen.

Vorteilhaft wird neben dem abgasbeaufschlagten äußeren Wär­ metauscher parallel ein zweiter, kühlluftbeaufschlagter Wärmetauscher angeordnet, der mit dem inneren Wärmetauscher der Reaktionskammer in Verbindung steht, die sich in der Adsorptionsphase befindet.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung bilden die Reaktoren einen trommelförmigen Rotor, wobei die Reaktions­ kammern in Axialrichtung des Rotors ausgerichtet liegen und an beiden axialen Enden des Rotors durch gehäusefeste Stirn­ platten verschlossen sind, welche über einen Teilumfang der Stirnfläche sich erstreckende Zuströmöffnungen und Abström­ öffnungen für den ersten und den zweiten Luftstrom aufwei­ sen. Die Reaktionskammern bilden somit eine Strömungsverbin­ dung zwischen der Zuströmöffnung in der einen Stirnplatte und der Abströmöffnung in der anderen Stirnplatte, so daß durch Drehung des Rotors jeweils ein absorptionsfähiger Reaktor zwischen den Abluftkanal und den Zuluftkanal ge­ schaltet werden kann, während der beladene Reaktor in der anderen Strömungsverbindung desorbiert wird. In dieser Ausführungsform ist von Vorteil, daß keine Vielzahl von Luftstromsteuerelementen zur Umschaltung der Luftströme erforderlich ist.

Vorteilhaft ist im Rotor eine Vielzahl von Reaktoren ange­ ordnet, wobei die Reaktionskammern in Umfangsrichtung des Rotors spielfrei aneinander anschließen.

Wird der Rotor mit konstanter Drehzahl drehend betrieben, können auch Steuer- und Regeleinrichtungen entfallen, die sonst zum Schalten der Luftstromsteuerelemente oder zum schrittweisen Umschalten des Rotors notwendig sind.

Wird in jeder Stirnplatte des Rotors eine Zuströmöffnung und eine Abströmöffnung angeordnet, so ergibt sich eine Strö­ mungsumkehr zwischen Adsorptionsphase und Desorptionsphase, was für die Desorption von Vorteil ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der nach­ folgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1a in schematischer Darstellung eine erfindungs­ gemäße Einrichtung zum Kühlen einer Kabine mit zwei Sorptionsreaktoren,

Fig. 1b eine Darstellung gemäß Fig. 1a mit umgeschal­ teten Reaktoren,

Fig. 2a eine Darstellung gemäß Fig. 1a mit den Sorptionsreaktoren zugeordneten Kühlluft­ ventilatoren,

Fig. 2b eine Darstellung gemäß Fig. 2a mit umgeschal­ teten Reaktoren,

Fig. 3a in schematischer Darstellung eine Einrichtung zum Kühlen einer Kabine mit zwei Sorptions­ reaktoren und in den Reaktoren angeordneten inneren Wärmetauschern sowie einem gemeinsamen äußeren Wärmetauscher,

Fig. 3b eine Darstellung gemäß Fig. 3a mit umgeschal­ teten Reaktoren,

Fig. 4a eine Darstellung gemäß Fig. 3a mit einem zu­ sätzlichen äußeren Wärmetauscher,

Fig. 4b eine Darstellung gemäß Fig. 4a mit umgeschal­ teten Reaktoren,

Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Kabine mit angeordnetem inneren Verdunster,

Fig. 6 eine Darstellung einer Kabine gemäß Fig. 5 mit einem von einem Wärmetauscher im Zuluftkanal gespeisten Warmluftkanal,

Fig. 7 in schematischer Darstellung eine Baueinheit eines rotierenden Sorptionsreaktors mit ge­ häusefesten Anschlußkanälen,

Fig. 8 in schematischer Darstellung eine Ausführungs­ form eines Rotors gemäß Fig. 7,

Fig. 9 in schematischer Darstellung die Anordnung eines rotierenden Sorptionsreaktors in einem Kraftfahrzeug.

Die in den Fig. 1a und 1b dargestellte Einrichtung dient zum Kühlen einer Kabine 10, insbesondere eines Fahrgastraums in einem Kraftfahrzeug. Die Kabine 10 weist einen Abluftkanal 6 und einen Zuluftkanal 7 auf, über die die Kabine klimati­ siert werden kann.

Die Einrichtung weist zwei Sorptionsreaktoren 20.1 und 20.2 auf, die aus einer mit einem Sorbens wie Zeolithe gefüllten Reaktionskammer 21.1 bzw. 21.2 bestehen. Die Reaktoren 20.1 und 20.2 sind vorzugsweise identisch.

An jedem Ende 24.1 bzw. 24.2 und 25.1 bzw. 25.2 jeder Reaktionskammer 21.1 und 21.2 ist ein Kanal 22 bzw. 23 zur Führung eines Luftstroms durch die Reaktionskammer vorge­ sehen.

Die Kanäle 23 der Reaktionskammern 21.1 und 21.2 sind über einen Querkanal 11 und die Kanäle 22 am anderen Ende 24.1 und 24.2 der Reaktionskammern 21.1 und 21.2 über einen Quer­ kanal 12 miteinander verbunden. An den Anschlußstellen des Querkanals 11 und 12 an den jeweiligen Kanälen 22 und 23 sind jeweils Luftstromsteuerelemente 51, 53, 54 und 56 an­ geordnet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Klappen ausgebildet sind. An den Querkanal 11 ist ein Fortluftkanal 9 angeschlossen; an den Querkanal 12 ist der Zuluftkanal 7 angeschlossen.

Die Kanäle 23 der Sorptionsreaktoren 20.1 und 20.2 sind über die Luftstromsteuerelemente 51 und 53 an den Abluftkanal 6 angeschlossen, der über ein Gebläse 26 Abluft aus dem Ka­ bineninnenraum abzieht und dem einen oder anderen Kanal 23 zuführt. Im Bereich des Gebläses mündet ferner ein Frisch­ luftkanal 8, um der Abluft über ein nicht näher darge­ stelltes Luftstromsteuerelement dosiert Frischluft bei­ zumischen.

Die Kanäle 22 der Sorptionsreaktoren 20.1 und 20.2 sind über die Luftstromsteuerelemente 54 und 56 mit einem Luftleit­ kanal 13 verbunden, der einen von einem Gebläse 27 geför­ derten Luftstrom führt. Das Gebläse 27 fördert insbesondere Umgebungsluft. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1a und 1b ist im Luftleitkanal 13 ein Wärmetauscher 28 angeordnet, dem Ab­ gas 29 zur Aufheizung des im Luftleitkanal geführten Luft­ stroms zugeführt ist. Die Abwärme eines Antriebsmotors dient so als Antriebsenergie für die Einrichtung. Fehlt Abgas oder steht es nicht in ausreichender Menge bzw. mit ausreichendem Temperaturniveau zur Verfügung, muß die zur Desorption not­ wendige Wärmemenge anders, z. B. mittels eines Brenners bereitgestellt werden. Als Wärmequelle kann auch die Abwärme beliebiger Aggregate dienen, so zum Beispiel Komponenten der Antriebseinheit eines Elektrofahrzeuges.

In der Stellung "1" der Luftstromsteuerelemente 51, 53, 54 und 56 ergibt sich das in Fig. 1a dargestellte Strömungs­ bild. Das Gebläse 26 saugt über den Abluftkanal 6 Kabinen­ innenluft ab und fördert die - gegebenenfalls mit Frischluft aufbereitete - Abluft über den Kanal 23 zum Sorptionsreaktor 20.1. Die Feuchtigkeit der Kabineninnenluft wird in der Reaktionskammer 21.1 vom Sorbens adiabatisch absorbiert, wobei die entstehende Adsorptionswärme vom Luftstrom auf­ genommen wird. Der trockene, warme Luftstrom tritt über den Kanal 22 aus der Reaktionskammer 21.1 aus und strömt über den Querkanal 12 in den Zuluftkanal 7, um über einen Verdun­ ster 30 in die Kabine 10 einzutreten. Im adiabatischen Ver­ dunster 30 wird die Luft bis zur Kühlgrenze abgekühlt und dient so der Klimatisierung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist im Zuluftkanal 7 ein Wärme­ tauscher 19 angeordnet, der über einen Ventilator 18 von einem Kühlluftstrom durchströmt ist. Die Zuluft wird also vor Eintritt in den Verdunster 30 abgekühlt, um ein mög­ lichst niedriges Temperaturniveau zu erzielen.

Vorteilhaft wird die Zuluft im Kreuzstrom zur Abluft durch einen weiteren Wärmetauscher 17 geführt. Der Wärmetauscher 17 ist zwischen dem Wärmetauscher 19 und dem Verdunster 30 angeordnet; im Wärmetauscher 17 wird Wärme aus der Zuluft auf die Abluft übertragen. Vorzugsweise wird die Abluft durch Anordnen eines zusätzlichen Verdunsters 16 im Zuge der Erwärmung durch die Zuluft bis zur Sättigung befeuchtet, um eine tiefere Kühltemperatur zu erreichen.

Die Verdunster 16 und 30 werden von einer gemeinsamen Speisepumpe 31 versorgt, wobei überschüssige Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, über einen Rückflußstutzen 32 in den Vorratstank 33 abfließt.

Während der Sorptionsreaktor 20.1 die notwendige Kühlenergie zur Klimatisierung der Kabine liefert, wird der Sorptions­ reaktor 20.2 von einem zweiten vom heißen Abgas 29 aufge­ heizten Luftstrom beaufschlagt, der über das Luftstrom­ steuerelement 54 dem Kanal 22 am Ende 24.2 der Reaktions­ kammer 21.2 zugeführt ist. Der heiße Luftstrom treibt die im Sorbens enthaltene Feuchtigkeit aus und trägt sie über den Kanal 23 und das Luftstromsteuerelement 53 über den Fort­ luftkanal 9 aus; es erfolgt eine adiabatische Desorption.

Hat der Sorptionsreaktor 20.1 seine Beladungsgrenze er­ reicht, werden alle Luftstromsteuerelemente 51 bis 56 in die Stellung "2" umgeschaltet, wie dies in Fig. 1b dargestellt ist. Nunmehr ist der Kanal 23 des Sorptionsreaktors 20.2 mit dem Abluftkanal 6 verbunden und der Zuluftkanal 7 mit seinem Abströmkanal 22. Der Sorptionsreaktor 20.1 wird nunmehr vom Heißluftstrom durchströmt und desorbiert. Dabei durchströmt der zweite Luftstrom bei der Desorption die Reaktionskammer 21.1 in Gegenrichtung zum ersten Luftstrom der Adsorptions­ phase.

Die beiden Sorptionsreaktoren 20.1 und 20.2 liefern also ab­ wechselnd während ihrer Adsorptionsphase die zur Klimati­ sierung der Kabine 10 notwendige Kühlenergie, wozu nach einem vorgebbaren Zeitintervall jeweils eine Umschaltung aller Luftsteuerelemente 51, 53, 54 und 56 von der Stellung "1" auf "2" und umgekehrt erfolgt, wodurch die Reaktoren abwechselnd von Adsorption auf Desorption und umgekehrt geschaltet werden.

Zur Umschaltung aller Luftstromsteuerelemente 51, 53, 54 und 56 kann auch eine Temperaturüberwachung im Zuluftkanal 7 vorteilhaft sein; um nach Unterschreiten einer vorgebbaren Mindesttemperatur des Zuluftstroms wird die Umschaltung der Reaktoren vorgenommen. Es kann auch zweckmäßig sein, die Feuchte in der adsorbierenden Reaktorkammer zu überwachen und abhängig davon die Umschaltung vorzunehmen.

In den folgenden Ausführungsbeispielen der Fig. 2a bis 9 sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in den Fig. 1a und 1b verwendet.

Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2a und 2b sind den Sorptionsreaktoren 20.1 und 20.2 Kühlluftventilatoren 34 und 35 zugeordnet, deren Kühlluftstrom den jeweiligen Reaktor 20.1 und 20.2 kühlt. Dabei ist der Kühlluftventilator des in der Adsorptionsphase laufenden Reaktors permanent in Be­ trieb, wodurch eine isotherme Adsorption bei Reduktion des H₂O-Partialdruckes erzielt ist. In Fig. 2a ist daher in der Adsorptionsphase des Reaktors 20.1 der Kühlluftventilator 34 und in Fig. 2b in der Adsorptionsphase des Reaktors 20.2 der Kühlluftventilator 35 permanent in Betrieb, wie die durchge­ zogenen Luftströmungspfeile zeigen. Der in den Fig. 1a und 1b angeordnete Wärmetauscher 19 mit dem Kühlluftventilator 18 kann daher in den Fig. 2a und 2b entfallen.

Die adiabatische Desorption des beladenen Reaktors erfolgt entsprechend Fig. 1a und 1b mittels eines aufgeheizten Luft­ stroms, weshalb das Sorbens am Ende der Desorptionsphase entsprechend aufgeheizt ist. Vorteilhaft wird daher am Ende einer Desorptionsphase eines Reaktors der ihm zugeordnete Kühlluftventilator in Betrieb genommen, um vor Beginn der Adsorptionsphase eine Temperatursenkung des Sorbens zu er­ zielen. In Fig. 2a wird daher der Kühlluftventilator 35 vor Umschaltung der Reaktoren in Betrieb genommen; in Fig. 2b wird vor Umschaltung der Reaktoren der Kühlluftventilator 34 in Betrieb genommen. Dies ist in den Fig. 2a und 2b durch strichlierte Luftströmungspfeile dargestellt.

Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3a und 3b ist in jeder Reaktionskammer 21.1 bzw. 21.2 ein innerer Wärmetauscher 36.1 bzw. 36.2 angeordnet, der im Sorbens eingebettet liegt. Als Wärmetauscher ist vorteilhaft eine im Sorbens einge­ bettete Rohrschlange 37.1 bzw. 37.2 oder dgl. vorgesehen. Die durch die Rohrschlangen 37.1 und 37.2 gebildeten Primär­ seiten der Wärmetauscher 36.1 und 36.2 beider Reaktoren 20.1 und 20.2 sind parallelgeschaltet; parallel zu den Primär­ seiten liegt ferner die Primärseite 38 eines äußeren Wärme­ tauschers 39, der von einem Heizluftstrom 40, insbesondere dem Abgas des Kraftfahrzeugs, beaufschlagt ist. Die Primär­ seiten 37.1 und 37.2 der Wärmetauscher 36.1 und 36.2 sind über Ventile 41.1 und 41.2 von der Primärseite 38 des äußeren Wärmetauschers trennbar. Dies deshalb, da jeweils nur der Wärmetauscher 36.1 bzw. 36.2 des beladenen Reaktors 20.1 bzw. 20.2 in Betrieb genommen wird, der auf diese Weise isotherm zu desorbieren ist. Der in der Desorptionsphase befindliche Reaktor wird ferner - wie schon zu den Aus­ führungsbeispielen Fig. 1 und 2 beschrieben - über den Luftleitkanal 13 von einem von einem Gebläse 27 erzeugten Luftstrom beaufschlagt, der das verdampfte Wasser über den Fortluftkanal 9 austrägt.

In Fig. 3a wird der Sorptionsreaktor 20.2 durch Aufheizung über den Wärmetauscher 36.2 und Durchführung eines über den Luftleitkanal 13 zugeführten Luftstroms isotherm desorbiert, während in Fig. 3b der Wärmetauscher 36.1 das Zeolith im Reaktor 20.1 aufheizt und die verdunstende Feuchtigkeit von dem über den Luftleitkanal 13 zugeführten Luftstrom ausge­ tragen wird. Auch in diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Desorption in entgegengesetzter Strömungsrichtung zur Adsorption.

Um im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a bis 3b eine aus­ reichende Kühlung des durch adiabatische Adsorption auf­ geheizten Zuluftstroms zu erzielen, ist im Zuluftkanal 7 wieder ein Wärmetauscher 19 angeordnet, dessen Funktions­ weise zu den Fig. 1a und 1b erläutert wurde.

Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4a und 4b sind in Abweichung zu dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3a und 3b anstelle der einfachen Schaltventile 41.1 und 41.2 Um­ schaltventile 42.1 bzw. 42.2 angeordnet. Über die Umschalt­ ventile ist die Primärseite 38 des äußeren Wärmetauschers 39 parallel zu den Primärseiten der inneren Wärmetauscher 36.1 und 36.2 geschaltet. Zusätzlich ist über die Wechselventile 42.1 und 42.2 die Primärseite 48 eines weiteren äußeren Wärmetauschers 49 aufgeschaltet, der über einen Ventilator 47 mit Kühlluft beaufschlagt ist. Die Warmetauscher 36.1 und 36.2 werden primärseitig wechselweise mit dem einen oder anderen äußeren Wärmetauscher 39 bzw. 49 verbunden. Durch die Kühlung des Sorbens in dem einen Reaktor ist eine iso­ therme Adsorption möglich, während gleichzeitig durch die Aufheizung des Sorbens in dem anderen Reaktor eine isotherme Desorption möglich ist, wie vorstehend bereits beschrieben.

Die Schaltung der Wechselventile 42.1 und 42.2 erfolgt vor­ zugsweise gleichzeitig mit der Umschaltung aller Luftstrom­ steuerelement 51, 53, 54 und 56.

Es kann auch zweckmäßig sein, den Wärmetauscher des desor­ bierten Reaktors am Ende einer Desoprtionsphase vor Beginn einer Adsorption parallel zum Wärmetauscher des absorbieren­ den Reaktors zu schalten, also mit dem äußeren, kühlenden Wärmetauscher zu verbinden.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 5 kann der dem Ab­ luftkanal 6 zugeordnete Verdunster 16 im Innenraum der Kabine 10 angeordnet sein. Der Verdunster weist einen zweiten durch Wärmetauschflächen begrenzten Strömungsweg auf, durch den ein Umluftstrom 14 geführt ist, der von einem im Kabineninnenraum angeordneten Ventilator 15 erzeugt wird. Auf diese Weise erfolgt eine Kühlung des Umluftstroms.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist der Kühlluftstrom des Zuluft-Wärmetauschers 19 über ein Luftstromsteuerelement 50 wahlweise einem Warmluftkanal 5 (Klappenstellung b) dem Innenraum der Kabine 10 zuführbar oder wird über einen Fort­ luftstutzen 46 abgeführt (Klappenstellung a). Zur Heizung der Kabine 10 kann die vom Reaktor zuströmende trockene Luft auch unmittelbar der Kabine 10 zugeführt werden, zum Bei­ spiel über den Warmluftkanal 5.

Fig. 6 zeigt ferner eine günstige Anordnung der Verdunster 16 und 30, die über Strömungsventile 44 und 45 von der ge­ meinsamen Speisepumpe 31 aus dem Vorratstank 33 mit Wasser versorgt sind. Über den Rückflußstutzen 32 fließt über­ schüssiges Wasser in den Tank 33 zurück.

In Fig. 7 ist eine mögliche konstruktive Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Sie besteht aus einem um eine Achse 60 drehbaren Rotor 61, in dem die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen angeordneten Reaktoren 20.1 und 20.2 angeordnet sind. Die Reaktionskammern der Reaktoren sind in Axialrichtung des Rotors ausgerichtet und an den axialen Enden offen. Die Reaktionskammern füllen vor­ zugsweise den gesamten Innenraum des Rotors 61 und schließen in Umfangsrichtung spielfrei aneinander an. Dabei hat jede Reaktionskammer einen teilringförmigen Querschnitt, der sich über 180° Umfangswinkel des Rotors erstreckt.

Die axialen Enden der Reaktionskammern sind durch gehäuse­ feste Rotor-Stirnplatten 62 und 63 verschlossen, in denen Strömungsöffnungen 64 und 65 angeordnet sind, die den Kä­ nälen 22 bzw. 23 in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 entsprechen. Jede Strömungsöffnung 64 und 65 entspricht in Draufsicht einer Teilringfläche des Querschnitts einer Reaktorkammer, vorzugsweise ist die Teilringfläche der Strömungsöffnung 64 bzw. 65 deckungsgleich zur Teilring­ fläche einer Reaktorkammerstirnseite. Dabei ist in vor­ liegendem Ausführungsbeispiel in jeder Stirnseite eine Zuströmöffnung 64 und eine Abströmöffnung 65 angeordnet; die Zuströmöffnung in der Stirnplatte 63 liegt dabei der Ab­ strömöffnung 65 in der Stirnplatte 62 deckungsgleich gegen­ über, während die Zuströmöffnung 64 in der Stirnplatte 62 deckungsgleich der Abströmöffnung in der Stirnplatte 63 gegenüberliegt. Die Reaktionskammer eines Sorptionsreaktors bildet somit eine weitgehend dichte Strömungsverbindung zwischen einer Zuströmöffnung in der Rotor-Stirnplatte 63 und einer Abströmöffnung 65 in der Rotor-Stirnplatte 62 und umgekehrt. An die Zuströmöffnung 64 ist der Abluftkanal 6, an die Abströmöffnung 65 der Fortluftkanal 9 angeschlossen; entsprechend ist an die Abströmöffnung in der Stirnplatte 63 der Zuluftkanal 7 angeschlossen, während an die Zuström­ öffnung der Stirnplatte 63 der Luftleitkanal 13 anschließt.

Um bei einer Ausbildung mit zwei Sorptionsreaktoren einen kontinuierlichen Kühlbetrieb sicherzustellen, kann der Rotor 61 mit fest vorgegebener Drehzahl rotierend angetrieben sein oder wird nach Ablauf vorgebbarer Zeitintervalle plötzlich um 180° gedreht, um den desorbierten Reaktor als Strömungs­ verbindung zwischen Abluftkanal 6 und Zuluftkanal 7 anzuord­ nen und den beladenen Reaktor als Strömungsverbindung zwi­ schen Luftleitkanal 13 und Fortluftkanal 9. Durch die ge­ zeigte Ausbildung ist ein quasi kontinuierlicher Luftstrom zwischen Abluftkanal 6 und Zuluftkanal 7 möglich, bei kontinuierlicher Klimatisierung einer Kabine möglich.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotors 61 gezeigt, der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung spiel­ frei nebeneinanderliegender Reaktionskammern 20.1 bis 20.12 aufweist, die jeweils etwa kreissektorförmige axiale Stirn­ seiten haben, welche gemeinsam durch die Rotor-Stirnplatten abgedeckt werden. Die Reaktionskammern sind durch feste radiale Wände 43 voneinander getrennt, um sowohl einen Wärmeübergang oder einen Feuchtigkeitsübergang zwischen dem Sorbens benachbarter Reaktoren als auch eine Vermischung des Sorbens benachbarter Reaktoren zu vermeiden.

Die Strömungsquerschnitte der Öffnungen in den Stirnplatten können in Größe und Form der sektorförmigen Stirnseite einer Reaktorkammer 20.1 bis 20.12 angepaßt sein; vorteilhaft sind die Strömungsöffnungen jedoch größer als eine axiale Stirn­ seite eines Reaktors 20.1 bis 20.12 ausgebildet, so daß mehrere Reaktoren als Strömungsverbindung die Kanäle mit­ einander verbinden. Der Rotor 61 wird mit konstanter Dreh­ zahl in einer Drehrichtung 66 angetrieben, wobei kontinuier­ lich Reaktoren zur Adsorption zur Verfügung stehen und de­ sorbiert werden. Es steht permanent eine gleichmäßige Kühl­ energie zur Klimatisierung der Kabine zur Verfügung.

Um ein axiales Herausfallen des Sorbens zu vermeiden, ist jede axiale Stirnseite durch eine grobmaschige Siebscheibe 67 abgedeckt, welche vorzugsweise an den Wänden 43 gehalten ist.

In Fig. 9 ist der Einbau eines rotierenden Sorptionsreaktors gemäß Fig. 7 schematisch dargestellt. Der im Zuluftkanal 7 angeordnete Wärmetauscher 19 wird über das Gebläse 27 ge­ kühlt, wobei der Gebläseluftstrom nach Austritt aus dem Wärmetauscher 19 unmittelbar dem Abgaswärmetauscher 28 zu­ geführt ist, um dann über den Luftleitkanal 13 dem rotieren­ den Sorptionsreaktor zuzuströmen.

Neben einer Ausbildung von in Umgangsrichtung spielfrei an­ einanderschließenden Reaktionskammern 20.1 bis 20.12 gemäß Fig. 8 kann vorteilhaft sein, im Rotorinnenraum eine Waben­ struktur anzuordnen, welche aus einem Zeolith besteht. Um eine höhere Festigkeit zu erzielen, kann die Wabenstruktur auch aus einem mit Zeolith beschichteten Metall bestehen, ähnlich der Platinenbeschichtung der Wabe eines Kfz-Abgas­ katalysators.

Claims (20)

1. Einrichtung zum Heizen und/oder Kühlen einer Kabine (10), insbesondere eines Fahrgastraums in einem Kraft­ fahrzeug, mit je einem an die Kabine (10) angeschlos­ senen Zuluftkanal (7) und einem Abluftkanal (6) sowie einem Sorptionsreaktor (20.1, 20.2) mit einer Reaktions­ kammer (21.1, 21.2), die ein Sorbens wie Zeolith oder dgl. enthält, und mit einem über einen Kanal (23) in die Reaktionskammer (21.1, 21.2) eintretenden und über einen Kanal (22) aus der Reaktionskammer (21.1, 21.2) aus­ tretenden Luftstrom, der in der Adsorptionsphase des Reaktors (20.1, 20.2) unter Abgabe von Feuchtigkeit Adsorptionswärme aufnimmt und über einen Befeuchter (30) und den Zuluftkanal (7) der Kabine (10) als Kühlluft­ strom zugeführt ist oder als Heizluftstrom einen der Kabine (10) zugeführten Warmluftstrom aufheizt, wobei in der Desorptionsphase des Reaktors (20.1, 20.2) der Luft­ strom unter Zufuhr von Wärme die in der Adsorptionsphase aufgenommene Feuchtigkeit abführt, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem ersten mindestens ein zweiter Sorptionsreaktor (20.1, 20.2) angeordnet ist, und daß ein erster die Adsorptionswärme aufnehmen­ der Luftstrom abwechselnd den einen oder den anderen Reaktor (20.1, 20.2) durchströmt und gleichzeitig ein zweiter die Feuchtigkeit abführender Luftstrom ab­ wechselnd den anderen oder den einen Reaktor (20.2, 20.1) durchströmt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung der Luftströme Luftleitkanäle mit Luftstromsteuerelementen (51, 53, 54, 56) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (22) an einem Ende (24.1, 24.2) der Reaktionskammer (21.1, 21.2) und­ die Kanäle (23) am anderen Ende (25.1, 25.2) der Reaktionskammer (21.1, 21.2) über Querkanäle (11, 12) und jeweils Luftstromsteuerelemente (51, 53, 54, 56) miteinander verbunden sind, wobei an einem Querkanal (12) der Zuluftkanal (7) und an dem anderen Querkanal (11) ein Fortluftkanal (9) angeschlossen ist, und daß jeweils ein Kanal (23) der Reaktionskammern (21.1, 21.2) über die Luftstromsteuerelemente (51, 53) mit dem Ab­ luftkanal (6) und der jeweils andere Kanal (22) der Reaktionskammern (21.1, 21.2) über die Luftstromsteuer­ elemente (54, 56) mit einem Luftleitkanal (13) für den zweiten Luftstrom verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuluftkanal (7) ein von einem Kühlluftstrom durchströmter Wärmetauscher (19) angeordnet ist, dessen wärmeabführender Kühlluftstrom vorzugsweise der Kabine (10) über einen Warmluftkanal (5) zugeführt ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Abluftkanal (6) ein vor­ zugsweise in der Kabine (10) angeordneter Verdunster (30) angeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Luftstrom ein vorzugsweise vom Abgas des Kraftfahrzeugs aufgeheizter Luftstrom ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoren (20.1, 20.2) zumindest in der Adsorptionsphase nach Art eines Wärme­ tauschers von einem Kühlluftstrom durchströmt sind (Fig. 2a, 2b).

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktionskammer (21.1, 21.2) ein innerer Wärmetauscher (36.1, 36.2) angeordnet ist, der primärseitig mit einem äußeren Wärmetauscher (39) verbindbar ist (Fig. 3a, 3b; 4a, 4b).

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Wärmetauscher (36) der Reaktionskammern (21.1, 21.2) primärseitig parallelgeschaltet sind und über Ventile (41.1, 41.2) abwechselnd mit dem Primärkreislauf (38) eines gemein­ samen äußeren Wärmetauschers (39) verbindbar sind (Fig. 3a, 3b).

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärseite des äußeren Wärmetauschers (39) von einem Heizluftstrom (40), insbesondere vom Abgas des Kraftfahrzeugs, be­ aufschlagt ist und der innere Wärmetauscher (36.1, 36.2) der Reaktionskammer (21.1, 21.2) mit dem äußeren Wärme­ tauscher (39) verbunden ist, der von dem zweiten Luft­ strom durchströmt ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärseite des äußeren Wärmetauschers (49) von einem Kühlluftstrom durchströmt ist und der innere Wärmetauscher (36.1, 36.2) der Reaktionskammer (21.1, 21.2) mit dem äußeren Wärmetauscher (49) verbunden ist, die von dem ersten Luftstrom durchströmt ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei äußere Wärmetauscher (39, 49) vorgesehen sind, die über Wechselventile (42.1, 42.2) abwechselnd mit dem einen und dem anderen inneren Wärmetauscher (36.1, 36.2) verbindbar sind (Fig. 4a, 4b).

13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoren (20.1, 20.2) einen trommelförmigen Rotor (61) bilden und deren Reaktionskammern (21.1, 21.2) in Axialrichtung des Rotors (61) durchströmt sind, wobei die Reaktionskammern (20.1, 20.2) an beiden axialen Enden des Rotors (61) durch gehäusefeste Stirnplatten (62, 63) verschlossen sind, welche über einen Teilumfang der Stirnplatte sich erstreckende Zuströmöffnungen (64) und Abströmöffnungen (65) für den ersten und den zweiten Luftstrom aufweisen (Fig. 7).

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Stirnseite einer Reaktorkammer (20.1, 20.2) einer Teilringfläche ent­ spricht.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilringfläche einer in einer Stirnplatte (62, 63) angeordneten Strömungsöffnung (64, 65) deckungsgleich mit der Teilringfläche einer Reaktorkammerstirnseite ist).

16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilringfläche einer Strömungsöffnung (64, 65) größer ist als eine axiale Stirnseite einer Reaktorkammer (20.1 bis 20.12).

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Rotor (61) eine Vielzahl von Reaktoren (20.1 bis 20.12) angeordnet ist (Fig. 8).

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammern (20.1, 20.2) in Umfangsrichtung des Rotors (61) spielfrei aneinander anschließen.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Stirnplatte (62, 63) eine Zuströmöffnung (64) und eine Abströmöffnung (65) angeordnet ist (Fig. 7).

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rotor (61) mit konstanter Drehzahl dreht).