DE602005005678T2

DE602005005678T2 - Absorptionskühlsystem für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE602005005678T2
Application number: DE602005005678T
Authority: DE
Inventors: Vitale Bruzzo
Original assignee: Ecoclim SA
Current assignee: Ecoclim SA
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: ATE390607T1; DE602005005678D1; EP1771688A1; WO2006013407A1; ES2303254T3; CN101018990A; US7673475B2; CN100535552C; US20080028786A1; EP1771688B1; EP1621827A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem mit Absorption, das für ein Kraftfahrzeug bestimmt ist und Wasser als Kühlmittel und ein Salz als Absorber verwendet, umfassend Verzögerungsmittel, so dass bei Abschalten des Motors eine wirksame Vorrichtung die Kristallisierung der Restablagerungen des Absorbers in den Leitungen verhindert.
Die Kühlsysteme durch Absorption sind im Stand der Technik ausreichend beschrieben. Das Dokument US 4445340 , das als der nächste Stand der Technik angesehen wird, beschreibt ein derartiges System. 1 stellt das Prinzip dieser Systeme dar. Sie umfassen hauptsächlich einen Siedekessel (1), einen Kondensator (2), einen Verdampfer (3), einen Absorber (4), eine Pumpe (5) für die Kühllösung, einen Wärmetauscher (6), eine Pumpe (7) des Verdampfers, eine Pumpe (8) des Absorbers, ein Expansionsventil (9), ein Magnetventil (10) sowie einen Füllstandsmesser (11) des Siedekessels. Diese Systeme funktionieren unbedingt unter Vakuum. Die Funktion der Maschine basiert auf dem Tripelpunkt des Wassers (flüssig, fest, dampfförmig bei 0 bar und 0°C).
Um zu funktionieren, ist der Siedekessel (1) mit einem Gemisch von mindestens zwei mischbaren Substanzen (das Ausgangsgemisch ist ungefähr 50% Wasser und 50% Lithiumbromid), Binärgemisch genannt, gefüllt. Dieses Gemisch wird auf ungefähr 80°C im Siedekessel (1) erhitzt. Unter der Wirkung der Hitze und bei einem derartigen Druck siedet das Wasser und verdampft, wobei es sich zum Kondensator (2) richtet. Dieser, der durch ein Eingreifen von außen gekühlt wird, kondensiert den Dampf, der flüssig wird. Die Erhitzung im Siedekessel (1) hat in diesem und im Kondensator (2) den Druck auf ungefähr 75 mbar erhöht. Die erzeugte Flüssigkeit strömt durch ein Expansionsventil (9) und kommt im Verdampfer (3) an, wo der Druck auf ungefähr 7 mbar ist. Bei diesem Druck verdampft die Flüssigkeit und erzeugt Kälte, ungefähr 6°C.
Im Siedekessel (1) verbleibt eine Lösung, die ärmer an Wasser und mehr mit Salz angereichert ist und allgemein arme Lösung genannt wird. Dank des Druckunterschieds zwischen dem Siedekessel (1) (75 mbar) und dem Absorber (4) fließt die Lösung in den Absorber (4) durch den Wärmetauscher (6). Im Absorber (4) absorbiert die arme Lösung den Dampf, der vom Verdampfer (3) kommt, die so wieder kompensierte Lösung wird in den Siedekessel (1) durch die Pumpe (5) geschickt, und der Zyklus beginnt von neuem.
Der Wärmetauscher (6), der zwischen dem Siedekessel (1) und dem Absorber (4) angeordnet ist, ermöglicht einerseits die Kühlung der armen Lösung von 80°C auf 60°C und andererseits die Vorerhitzung der reichen Lösung von 50°C auf ungefähr 70°C. Ein Füllstandsmesser (11), der im Siedekessel (1) angeordnet ist, steuert das Magnetventil (10) und die Pumpe (5) der Lösung. Das Magnetventil (10) schließt sich bei Abschalten des Motors und vermeidet somit die vollständige Entleerung des Siedekessels (1) in den Absorber (4). Der Verdampfer (3) und der Absorber (4) sind beide mit einer Pumpe (7, 8) versehen, die das Kühlmittel im Verdampfer (3) und Absorber (4) rezykliert, wodurch die Leistung jedes der Elemente optimiert wird. Der Absorber (4) wird im Allgemeinen von einer externen Quelle gekühlt.
Diese Systemart hat ein großes Problem, nämlich die Kristallisierung. Dieses Phänomen entsteht, wenn die arme Lösung eine Schwelle (ungefähr 63%) der Salzkonzentration überschreitet oder wenn die Lösung auf eine Temperatur unter einer Solltemperatur (ungefähr 35°C) gebracht wird.
Um die Probleme zu lösen, die sich stellen, wenn die arme Lösung diese Salzkonzentrationsschwelle überschreitet, oder wenn die Lösung auf eine Temperatur unter der Solltemperatur gebracht wird, gibt es verschiedene Systeme, die im Stand der Technik beschrieben sind.
Beispielsweise stellt das Patent US 3626711 ein System dar, das ein Ventil umfasst, das zu Normalzeiten geschlossen ist, dessen Öffnung durch einen Fühler kontrolliert wird, der ein Signal überträgt, wenn die Temperatur der konzentrierten Lösung einen Sollwert erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt setzt die Öffnung des Ventils das Kühlmittel in die Leitungen frei, die Ablagerungen von Absorbiermittel enthalten können, um diese letztgenannten zu verdünnen und so das Phänomen der Kristallisierung zu vermeiden.
Allerdings funktioniert dieses System nicht im Falle von häufigen zufälligen oder programmierten Einstellungen des Kühlsystems.
Falls ein solches Kühlsystem an Bord eines Kraftfahrzeugs installiert ist, das mit einer in WO 01/18463 und WO 01/18366 beschriebenen Vorrichtung versehen ist, ist ein zuverlässiges und wirksames Mittel zur Verhinderung der Kristallisierung unbedingt notwendig, um die Probleme von häufigem Abschalten des Fahrzeugs zu lösen.
US 5934090 beschreibt eine Vorrichtung, die im Falle einer nicht programmierten Einstellung des Systems die Restablagerungen, die sich in den Leitungen befinden und durch die absorbierende Lösung (Lithium bromid) hervorgerufen werden, verdünnt, wobei in die Leitungen eine gewisse Kühlmittelmenge geschickt wird. Allerdings hat dieses System den Nachteil, dass es relativ komplex ist, da die in die Leitungen geleerte Kühlmittelmenge hier in Abhängigkeit von der Konzentration der absorbierenden Flüssigkeit berechnet wird. Die Kristallisierung ist nämlich direkt mit der Außentemperatur und der Konzentration der absorbierenden Flüssigkeit verbunden. Die Senkung der Konzentration an Lithiumbromid, das in der absorbierenden Flüssigkeit enthalten ist, durch Zufuhr eines Kühlmittels verhindert die Kristallisierung. Ferner hat ein solches System relativ hohe Kosten.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Kühlsystem mit Absorption für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, das Wasser als Kühlmittel und einen Absorber verwendet, so dass bei Abschalten des Motors eine wirksame Vorrichtung die Kristallisierung der Restablagerungen des Absorbers in den Leitungen verhindert, wobei ein einfacher und kostengünstiger Mechanismus beibehalten wird, der es vermeidet, die Kühlflüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von der Konzentration der Absorptionsflüssigkeit zu berechnen.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel durch Hinzufügung einer Schaltung erreicht, die dazu bestimmt ist, das Abfließen des Kühlmittels vom Abschalten des Motors weg vom Verdampfer zum Absorber unter Strömen durch ein erstes Magnetventil zu gewährleisten. Dies wird einerseits durch die Aufrechterhaltung des Betriebs der zweiten Pumpe des Verdampfers für eine vordefinierte Zeit erreicht und andererseits durch das Halten des ersten Magnetventils in offener Position nach dem Abschalten des Motors für eine weitere vordefinierte Zeit vor seinem Verschluss, um die Zonen, die Restablagerungen des Absorbens enthalten, zu verdünnen, um die Kristallisierung dieser Restablagerungen zu verhindern.
Die Erfindung ist nachstehend mit Hilfe eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben und mit dem Stand der Technik verglichen, wobei:
1 ein herkömmliches Kühlsystem darstellt, das Teil des Standes der Technik ist und nur das Verständnis der Erfindung erleichtern soll,
2 ein Kühlsystem darstellt, dem erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Entkristallisierung im Falle der plötzlichen Einstellung des Systems hinzugefügt wurde,
3 ein elektrisches Schema des erfindungsgemäßen Kühlsystems darstellt.
Die Erfindung schlägt eine Erweiterung der oben beschriebenen Vorrichtung durch Hinzufügung von zwei Magnetventilen (12, 13) vor, die parallel am Ausgang des Verdampfers (3) montiert sind, wie in 2 dargestellt. Das Magnetventil (13) ist offen, und das Magnetventil (12) ist geschlossen, wenn der Motor eingeschaltet ist, um einen geschlossenen Kreislauf im Verdampfer zu bilden, um das Kühlmittel über die Pumpe (7) des Verdampfers undefiniert zirkulieren zu lassen. Bei Abschalten des Motors ändern die beiden Magnetventile (12, 13) gleichzeitig ihren Zustand, und das Kühlfluid wird wieder durch eine Leitung zum Magnetventil (10), das in Serie zwischen dem Siedekessel (1) und dem Absorber (4) positioniert ist, zurückgeleitet, dank der Aufrechterhaltung des Betriebs der Pumpe (7) des Verdampfers (3), die von einer Wagenbatterie gespeist wird. Das Magnetventil (10), das sich zu Normal zeiten bei Abschalten schließt, um die Entleerung des Siedekessels (1) in den Absorber (4) zu verhindern, bleibt bei Abschalten des Motors während einer ausreichenden Dauer (beispielsweise fünf Sekunden) offen, um es dem Kühlmittel (Wasser) zu ermöglichen, das Magnetventil (10) und die Leitung, die zum Absorber (4) führt, zu reinigen, welche Zonen sind, die hohe Kristallisierungsgefahren aufweisen.
Sobald sich das Magnetventil (10) schließt, wird die Pumpe (7) des Verdampfers (3) während einer ausreichenden Dauer, beispielsweise 15 Sekunden nach Abschalten des Motors, in Betrieb gehalten, um es dem Kühlmittel (Wasser) zu ermöglichen, in dem Teil zu zirkulieren, der vom Magnetventil (10) zum Siedekessel (1) reicht, wobei es während einer ausreichenden Zeit, beispielsweise 10 Sekunden, durch den Wärmetauscher (6) strömt, um diese Zone von den Restablagerungen des Absorbens zu befreien, wodurch die Kristallisierung verhindert wird.
Das Öffnen dieser beiden Magnetventile (12, 13) wird durch ein Relais gesteuert, das bei Abschalten des Motors betätigt wird.
Dieses erfindungsgemäße System ist mit vier Füllstandsmessern (18, 19, 20, 21) versehen, die im Siedekessel (1), im Kondensator (2), im Verdampfer (3) bzw. im Absorber (4) angeordnet sind. Im Falle einer Messung eines niedrigen Füllstandes in einem der vorgenannten Behälter erfolgt der Vorgang der Entkristallisierung.
3 stellt das vereinfachte elektrische Schema einer solchen Vorrichtung dar. Die Kontaktnahme (24) öffnet das Magnetventil (13) über das Relais (25), das die Hauptleitung schließt und die Pumpen (5, 7, 8) dank des Relais (5a, 7a und 8a) betätigt, die die Kontakte (5b, 7b, 8b) schließen. Das Fahrzeug ist in Betrieb, und die Klimatisierung funktioniert.
Wenn das Fahrzeug angehalten wird, öffnet das Relais (25) die Hauptleitung (26) und schließt die Hilfsleitung (27), was einerseits zum Verschluss der Magnetventile (13) und andererseits zur Einstellung der Pumpen (5, 8) durch Öffnen der Relais (5a, 8a) führt. Zum selben Zeitpunkt werden die Verzögerungsschaltungen (22, 23) gleichzeitig betätigt. Die Verzögerungsschaltung (22) schließt den Kontakt (22a) und öffnet das Magnetventil (10) während einer vorbestimmten Dauer (beispielsweise 5 Sekunden). Die Verzögerungsschaltung (23) schließt die Kontakte (23b, 23a), wodurch das Steuerrelais des Magnetventils (12) erregt wird, das alsbald das Magnetventil (12) während einer weiteren vorbestimmten Dauer (beispielsweise 15 Sekunden) öffnet und die Pumpe (7) mit Hilfe des Relais (7a) in Betrieb hält. Während einer vordefinierten Dauer (beispielsweise 5 Sekunden) zirkuliert das Kühlmittel (Wasser) im Magnetventil (10) zum Absorber (4) und reinigt auf diese Weise diesen Teil des besonders für die Kristallisierung empfindlichen Systems.
Nach dieser vordefinierten Zeit schließt sich das Magnetventil (10) endgültig, und während weiterer 10 Sekunden zirkuliert das Kühlmittel (Wasser) in dem Teil, der vom Magnetventil (10) zum Siedekessel (1) geht, wobei es über den Wärmetauscher (6) läuft, wodurch diese Zone dieser Lösung mit hoher Salzkonzentration freigegeben und somit die Kristallisierung vermieden wird.
Im Falle eines Füllstands- oder Druckalarms (18, 19, 20 und 21) schließen sich die Kontakte (18a, 19a, 20a oder 21a), und das Relais (24) betätigt den Kontakt (24b), der den Kontakt (25a) öffnet. Gleichzeitig leuchtet die Alarmleuchte auf.
Die angegebenen Zeiten sind keinesfalls einschränkend und können je nach den zu behandelnden Volumina variieren.

Claims

Kühlsystem mit Absorption für ein Kraftfahrzeug, das Wasser als Kühlmittel und einen Absorber verwendet, umfassend Siedekessel (1), einen Kondensator (2), einen Verdampfer (3), einen Absorber (4), in dem die Restlösung (das Absorbens), die vom Siedekessel (1) kommt, wobei sie durch einen Wärmetauscher (6) und ein erstes Magnetventil (10) strömt, wieder mit dem Kühlmittel gemischt wird, eine erste Pumpe (5), die die wieder gebildete Lösung vom Absorber (4) zum Siedekessel (1) schickt, wobei sie durch den Wärmetauscher (6) strömt, um einen vollständigen Zyklus zu durchlaufen, eine zweite Pumpe (7) des Verdampfers, die einen Kühlzyklus in dem Verdampfer (3) sicherstellt, eine dritte Pumpe (8) des Absorbers, die den Zyklus der Lösung im Absorber (4) sicherstellt, sowie ein Expansionsventil (9), das zwischen dem Kondensator (2) und dem Verdampfer (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Schaltung umfasst, die dazu bestimmt ist, das Abfließen des Kühlmittels vom Start des Motors weg vom Verdampfer (3) zum Absorber (4) unter Strömen durch das Magnetventil (10) einerseits durch die Aufrechterhaltung des Betriebs der zweiten Pumpe (7) des Verdampfers für eine vordefinierte Zeit und andererseits durch das Halten des ersten Magnetventils (10) in offener Position nach dem Ausschalten des Motors für eine weitere vordefinierte Zeit vor seinem Verschluss sicherzustellen, um die Zonen, die Restablagerungen des Absorbens enthalten, zu verdünnen, um die Kristallisierung dieser Restablagerungen zu verhindern.
Kühlsystem mit Absorption für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung ein zweites Magnetventil (13), das wäh rend des Betriebs des Systems in offener Position ist, um den Zyklus des Kühlmittels im Verdampfer (3) zu sichern, und ein drittes Magnetventil (12) umfasst, das zwischen dem Verdampfer (3) und dem Absorber (4) angeordnet und während des Betriebs des Systems geschlossen ist, wobei sich die Magnetventile (12, 13) beim Abschalten des Systems öffnen und schließen, um das Abfließen des Kühlmittels vom Verdampfer (3) zum Absorber (4) zu sichern, wobei es durch das erste Magnetventil (10) strömt.
Kühlsystem mit Absorption für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pumpe (7) des Verdampfers (3) derart angeordnet ist, dass sie beim Schließen des ersten Magnetventils (10) für eine vordefinierte Zeit noch in Betrieb bleibt, um es dem Kühlmittel zu ermöglichen, in der Schaltung, die vom Verdampfer (3) zum Siedekessel (1) geht, zu zirkulieren, wobei es durch den Wärmetauscher (6) strömt und wobei es die Zonen, die Restablagerungen des Absorbens enthalten, verdünnt und so die Kristallisierung dieser Restablagerungen verhindert.
Kühlsystem mit Absorption für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Zeit, um die zweite Pumpe (7) des Verdampfers ab dem Abschalten des Motors in Betrieb zu halten, länger ist als die vordefinierte Zeit, um bei Abschalten des Motors das Magnetventil (10) in offener Position zu halten.
Kühlsystem mit Absorption für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Zeit, um die zweite Pumpe (7) des Verdampfers ab dem Abschalten des Motors in Betrieb zu halten, 2- bis 4-mal länger als die vor definierte Zeit ist, um bei Abschalten des Motors das erste Magnetventil (10) in offener Position zu halten.
Kühlsystem mit Absorption für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das System als Absorbens Lithiumbromid verwendet.