DE69735216T2

DE69735216T2 - Adsorptionskältegerät

Info

Publication number: DE69735216T2
Application number: DE69735216T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Kariya-shi Sato; Masaaki Kariya-shi Tanaka; Shin. Int Prop Dept(Chiteki Zaisan-B Kariya-shi Honda; Kenichi Kariya-shi Fujiwara; Satoshi Kariya-shi Inoue
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2017-03-15
Also published as: JPH09303900A; US5775126A; DE69735216D1; JP3591164B2; EP0795725A3; EP0795725B1; EP0795725A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Adsorptionskühlvorrichtung zum Durchführen einer Adsorption eines in einem Verdampfapparat verdampften Kältemittels durch schnelles Abkühlen und Erwärmen eines durch eine Adsorptionsvorrichtung gehaltenen Adsorptionsmittels und zum Zuführen des Kältemitteldampfes zu einem Kondensator.
2. Beschreibung anderer Bauformen
Eine Adsorptionskühlvorrichtung, die einen durch einen Verdampfapparat verdampften Kältemitteldampf durch schnelles Abkühlen eines Adsorptionsmittels adsorbiert und die das Kältemittel desorbiert und selbiges einem Kondensator zuführt, indem das Adsorptionsmittel in einen erwärmten Zustand gewechselt wird, ist in der Technik bekannt.
Die Verwendung dieser Art von Adsorptionskühlvorrichtung in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage wurde kürzlich versucht, und ein Konstruktionsbeispiel davon ist in 25 dargestellt. In dieser Zeichnung sind ein Adsorptionsmittel S und Wärmetauschkanäle 3 und 4 in einer ersten und einer zweiten Adsorptionsvorrichtung 1 und 2 vorgesehen, und Kältemittelauslässe dieser ersten und zweiten Adsorptionsvorrichtungen 1 und 2 sind über ein Dreiwegeventil 5 mit einem Kondensator 6 verbunden. Demgemäß ist der Kondensator 6 mit einem Verdampfapparat 7 verbunden, und der Verdampfapparat 7 ist weiter über ein Dreiwegeventil 8 mit Kältemitteleinlässen der ersten und der zweiten Adsorptionsvorrichtung 1 und 2 verbunden.
Ferner sind, um den Wärmetauschkanälen 3 und 4 der ersten und der zweiten Adsorptionsvorrichtung 1 und 2 abwechselnd ein Heizfluid und ein Kühlfluid zuzuführen, ein Heizfluid-Zuführrohr 9 und ein Kühlfluid-Zuführrohr 10 über Dreiwege ventile 11 und 12 mit Einlässen der Wärmetauschkanäle 3 und 4 verbunden, und Auslässe der Wärmetauschkanäle 3 und 4 sind über Dreiwegeventile 13 und 14 mit einem Heizfluid-Ausgaberohr 15 und einem Kühlfluid-Ausgaberohr 16 verbunden.
Hierbei wird Kühlwasser eines Motors 17 als das Heizfluid verwendet, und durch einen Kühler 18, der Wärme in die Atmosphäre abstrahlt, schnell abgekühltes Wasser wird als das Kühlfluid verwendet. Das Heizfluid-Zuführrohr 9 und -Ausgaberohr 15 sind mit einem Kühlwasserauslass bzw. einem Kühlwassereinlass des Motors 17 verbunden, und das Kühlfluid-Zuführrohr 10 und -Ausgaberohr 16 sind mit einem Auslass bzw. einem Einlass des Kühlers 18 verbunden.
Nun strömt, wenn die Dreiwegeventile 5, 8 und 11 bis 14 in dem durch die durchgezogenen Linien gezeigten Zustand sind, das Heizfluid durch das Zuführrohr 9, das Dreiwegeventil 11, den Wärmetauschkanal 3 der ersten Adsorptionsvorrichtung 1 und das Dreiwegeventil 13 und wird von dem Ausgaberohr 15 ausgegeben. Das Kühlfluid strömt durch das Zuführrohr 10, das Dreiwegeventil 12, den Wärmetauschkanal 4 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 2 und das Dreiwegeventil 14 und wird von dem Ausgaberohr 16 ausgegeben.
Demgemäß wird das Adsorptionsmittel S in der ersten Adsorptionsvorrichtung 1 durch das durch den Wärmetauschkanal 3 strömende Heizfluid erwärmt, und das Kältemittel, das daran adsorbiert ist, verdampft und wird desorbiert. Dieser Kältemitteldampf tritt in den Kondensator 6 über das Dreiwegeventil 5 ein; tritt darin mit einem externen Volumen in Wärmeaustausch und kondensiert, wodurch es zu einem flüssigen Kältemittel wird. Die von dem Kondensator 6 ausgegebene Kältemittelflüssigkeit wird dem Verdampfapparat 7 zugeführt, wo sie mit einem Außenbereich in Wärmeaustausch steht und verdampft. Der durch den Verdampfapparat 7 verdampfte Kältemitteldampf strömt durch das Dreiwegeventil 8, tritt in die zweite Adsorptionsvorrichtung 2 ein und wird an dem Adsorptionsmittel S adsorbiert. Die bei dieser Adsorption des Kältemitteldampfes erzeugte Wärme wird durch das durch den Wärmetauschkanal 4 strömende Kühlfluid an sich gerissen.
Wenn die Desorption des Kältemittels von dem Adsorptionsmittel S durch den oben beschriebenen Vorgang endet oder die Kapazität des Adsorptionsmittels S zum Adsorbieren von Kältemittel nachlässt, werden die Dreiwegeventile 5, 8 und 11 bis 14 von dem durch die durchgezogenen Linien gezeigten Zustand in den durch die gestrichelten Linien gezeigten Zustand geschaltet. Deswegen tritt ein Zustand ein, in dem entgegen der vorherigen Beschreibung des Heizfluid durch den Wärmetauschkanal 4 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 2 strömt und das Kühlfluid durch den Wärmetauschkanal 3 der ersten Adsorptionsvorrichtung 1 strömt, und so wird die zweite Adsorptionsvorrichtung 2 zur Desorptionsseite und die erste Adsorptionsvorrichtung 1 wird zur Adsorptionsseite, und der von dem Adsorptionsmittel S der ersten Adsorptionsvorrichtung 2 desorbierte Kältemitteldampf wird nach der Kondensation durch den Kondensator 6 durch den Verdampfapparat 7 verdampft und durch das Adsorptionsmittel S der ersten Adsorptionsvorrichtung 1 adsorbiert, und die während seiner Adsorption erzeugte Wärme wird durch das durch den Wärmetauschkanal 3 strömende Kühlfluid an sich gerissen.
Demgemäß werden, wenn eine Desorption des Kältemittels von dem Adsorptionsmittel S der zweiten Adsorptionsvorrichtung 2 endet oder die Kapazität des Adsorptionsmittels S der ersten Adsorptionsvorrichtung 1 zum Adsorbieren des Kältemittels nachlässt, die Dreiwegeventile 5, 8 und 11 bis 14 von dem durch die gestrichelten Linien gezeigten Zustand in den durch die durchgezogenen Linien gezeigten Zustand geschaltet; danach wiederholen ähnlich der obigen Erläuterung die erste und die zweite Adsorptionsvorrichtung 1 und 2 abwechselnd einen Adsorptionsprozess und einen Desorptionsprozess.
In einer solchen, in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage benutzten Adsorptionskühlvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist ein Paar Adsorptionsvorrichtungen in nur einer Stufe vorgesehen, um abwechselnd ein durch eine Wärmeabstrahlung des Kühlers 18 gekühltes Kühlfluid und ein durch Kühlen des Motors 17 geheiztes Heizfluid (Motorkühlwasser) zuzuführen, um diese paarweisen Adsorptionsvorrichtungen abwechselnd einen Adsorptionsprozess und einen Desorptionsprozess ausführen zu lassen.
Im Gegensatz dazu besitzt eine in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 7-120100 offenbarte Adsorptionskühlvorrichtung einen Modus, der Adsorptionsvorrichtungen in mehreren Stufen bereitstellt. Wie in 24 dargestellt, ist in diesem System ein Innenraum eines mit einem Adsorptionsmittel S und einem Wärmetauschkanal 21 versehenen Reaktors 22 in mehrere Kammern C1 bis C7 unterteilt.
Diese Vorrichtung ist mit Ventilen V1 bis V7 und V8 bis V14 zum Öffnen und Schließen eines Zwischenraums zwischen den mehreren Kammern C1 bis C7 und einem Kondensator 24 oder einem Verdampfapparat 25 versehen. Während des Desorptionsprozesses strömt das Wärme übertragende Fluid von der Heizquelle 25 durch den Wärmetauschkanal 21 zu einer Kühl- und Heizquelle 26 in einem Zustand, in dem die Ventile V1 bis V7 offen sind und die Ventile V8 bis 14 geschlossen sind; während des Adsorptionsprozesses strömt dagegen das Wärme übertragende Fluid von der Kühl- und Heizquelle 26 durch den Wärmetauschkanal 21 zur Heizquelle 25 in einem Zustand, wenn die Ventile V8 bis V14 offen sind und die Ventile V1 bis V7 geschlossen sind.
Insbesondere werden beim Wechseln vom Desorptionsprozess zum Adsorptionsprozess die offenen oder geschlossenen Zustände der Ventile V1 bis V14 in der folgenden Weise gesteuert. Das heißt, in einem Zustand, in dem der Desorptionsprozess geendet hat, werden die Ventile V1 bis V7 zum Verbinden der mehreren Kammern C1 bis C7 mit dem Kondensator 24 alle geöffnet und die Ventile V8 bis V14 zum Verbinden der mehreren Kammern C1 bis C7 mit dem Verdampfapparat 25 alle geschlossen.
Um von diesem Zustand, in welchem der Desorptionsprozess geendet hat, zum Adsorptionsprozess zu wechseln, wird zuerst das Ventil V1 auf der Seite des Kondensators 24 der Kammer C1 der ersten Stufe geschlossen, ein Kolben 27 der Kühl- und Heizquelle wird komprimiert, und das schnell abgekühlte Wärmeübertragungsfluid kann durch den Wärmetauschkanal 21 und kann zur Heizquelle 25 strömen. So beginnt das Kühlen der Kammer C1 der ersten Stufe und ihr Druck fällt ab. Demgemäß wird, wenn die Kammer der ersten Stufe C1 einen bestimmten Verdampfungsdruck erreicht hat, das Ventil V8 auf der Seite des Verdampfapparats 24 der Kammer C1 der ersten Stufe geöffnet, und gleichzeitig dazu wird das Ventil V2 auf der Seite des Kondensators 23 der Kammer C2 der zweiten Stufe geschlossen.
Daraufhin wird der Kältemitteldampf in dem Verdampfapparat 24 zu dem Adsorptionsmittel S der Kammer der ersten Stufe C1 adsorbiert und zusammen damit wird ein Kühlen der Kammer C2 der zweiten Stufe begonnen. Demgemäß wird, wenn die Kammer C2 der zweiten Stufe einen bestimmten Verdampfungsdruck erreicht hat, das Ventil V9 auf der Seite des Verdampfapparats 24 der Kammer C2 der zweiten Stufe geöffnet, und gleichzeitig dazu wird das Ventil V3 auf der Seite des Kondensators 23 der Kammer C3 der dritten Stufe geschlossen. Danach werden in analoger Weise die Ventile V3 bis V7 nacheinander geschlossen und zusammen damit werden die Ventile V10 bis V14 nacheinander geöffnet, und schließlich werden die Ventile V1 bis V7 auf der Seite des Kondensators 23 alle geöffnet und die Ventile V8 bis V14 auf der Seite des Verdampfapparats 24 alle geschlossen.
Durch Steuern der Ventile V1 bis V14 in dieser Weise wird es möglich, eine steile Temperaturfront zu erhalten, und es wird ein Versuch unternommen, das Wärmeübertragungsfluid durch Verflüssigungswärme des Adsorptionsmittels S vorzuheizen und den thermischen Wirkungsgrad beim Wechseln vom Adsorptionsprozess zum Desorptionsprozess anzuheben und zusammen damit die Desorptionsleistung zu erhöhen.
Falls eine Adsorptionskühlvorrichtung in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage verwendet wird, kann ein Heizen des Fluids (Motorkühlwasser) auf eine ausreichend hohe Temperatur unter Verwendung des Motors als Heizquelle erzielt werden. Weil jedoch ein Kraftfahrzeug nicht mit einer Kühl- und Heizquelle versehen ist, muss zwangsläufig durch einen Kühler 18, der Wärme an die Umgebung abstrahlt, gekühltes Wasser verwendet werden, wie unter Bezugnahme auf 25 beschrieben wurde, und als Ergebnis davon kann man ein Kühlfluid von ausreichend niedriger Temperatur nicht erhalten.
Aus diesem Grund existierte ein Problem, dass eine Adsorptionstemperatur während einer Adsorption des Adsorptionsmittels im Vergleich zur Verdampfungstemperatur des Kältemittels in einem Verdampfapparat hoch ist, und es wird dementsprechend unmöglich, die Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels ausreichend zu zeigen, und ein Schnellkühl- (Kühl-) Vermögen wird nicht ausreichend erreicht.
Ferner werden solche Probleme nicht durch die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-120100 offenbarte Adsorptionskühlvorrichtung gelöst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der obigen Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Adsorptionskühlvorrichtung vorzusehen, die eine Adsorptionskapazität eines Adsorptionsmittels reichlich zeigen und eine hohe Kühlkapazität demonstrieren kann.
Die obige Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch Vorsehen einer Adsorptionskühlvorrichtung gelöst, in welcher mehrere Stufen von Verdampfapparaten und Adsorptionsvorrichtungen in einer 1:1-Beziehung vorgesehen sind, um ein durch die Verdampfapparate gekühltes Kühlfluid einem Wärmetauschkanal einer Adsorptionsvorrichtung einer vorherigen Stufe zuzuführen. Aus diesem Grund kann, wenn der durch die mehreren Stufen von Verdampfapparaten verdampfte Kältemitteldampf durch das Adsorptionsmittel der Adsorptionsvorrichtungen adsorbiert wird, die Kühltemperatur des Adsorptionsmittels durch das Kühlfluid relativ zur Temperatur des Kältemitteldampfes erreicht werden, und so kann ein Unterschied zwischen der Adsorptionsrate während der Adsorption des Adsorptionsmittels und einer Adsorptionsrate während der Desorption groß sein. Folglich kann eine große Menge Kältemitteldampf dem Kondensator mit einer kleinen Menge Adsorptionsmittel zugeführt werden, und so kann eine Kühlkapazität unter Vermeidung eines Anstiegs der Vorrichtungsgröße erhöht werden.
Insbesondere sind die Wärmetauschkanäle von wenigstens zwei einander benachbarten Stufen der Adsorptionsvorrichtungen aus den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen in Reihe verbunden, oder Kanäle des durch wenigstens zwei einander benachbarte Verdampfapparate von den mehreren Stufen von Verdampfapparaten schnell abgekühlten Kühlfluids sind in Reihe verbunden, und so kann, wenn Adsorptionsvorrichtungen mehrerer Stufen existieren, die Anzahl von Zirkulationspfaden zum Zuführen des Kühlfluids klein sein und eine Vereinfachung der Rohrleitungskonstruktion erzielt werden.
In diesem Fall sind die Wärmetauschkanäle mehrerer Stufen von Adsorptionsvorrichtungen und ein Kühler, der Wärme an ein externes Volumen abstrahlt, sowie mehrere durch mehrere Stufen von Verdampfapparaten gekühlte Wärmetauscher und ein Kühler zum Kühlen von Außenluft in Reihe verbunden, und ein durch den Kühler gekühltes Kühlfluid wird nacheinander durch die Wärmetauscher von dem Verdampfapparat der letzten Stufe zum Verdampfapparat der ersten Stufe gekühlt. Demgemäß wird das Kühlfluid davon zuerst einer Schnellkühlvorrichtung zugeführt, um einen Außenbereich zu kühlen, und wird danach den Wärmetauschkanälen von der Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe zur Adsorptionsvorrichtung der letzten Stufe nacheinander zugeführt, und durch diese Konstruktion kann der Umlaufpfad des Kühlfluids zu einem einzelnen Pfad gemacht werden.
Eine Kältemitteldampf-Adsorptionsgeschwindigkeit des Adsorptionsmittels wird selbst bei einer identischen relativen Luftfeuchtigkeit größer, wenn ein Druck höher wird. Weil der Verdampfungsdruck des durch die mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen adsorbierten Kältemittels in den fortlaufenden späteren Stufen immer höher wird, wird die Adsorptionsgeschwindigkeit für das Adsorptionsmittel in den fortlaufend späteren Stufen immer schneller. Deswegen kann eine Kompaktheit der Adsorptionsvorrichtung durch Reduzieren der Füllmenge von Adsorptionsmittel in den Adsorptionsvorrichtungen bei immer späteren Stufen aus den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen erzielt werden, und außerdem gibt es keine Gefahr des Verlusts der Adsorptionskapazität des Kältemittels, selbst wenn eine solche Kompaktheit realisiert wird.
Weil außerdem die Oberfläche je Gewichtseinheit größer wird, wenn die Teilchengröße des Adsorptionsmittels kleiner wird, wird eine Adsorptionsgeschwindigkeit des Kältemitteldampfes schneller. Dagegen wird jedoch die Fähigkeit des Kältemitteldampfes, in die Adsorptionsschicht einzudringen, schlechter, wenn die Teilchengröße kleiner wird. Eine ideale Teilchengröße des Adsorptionsmittels wird durch eine Überlagerung dieser zwei Bedingungen bestimmt. Jedoch wird die Fähigkeit des Kältemitteldampfes, in die Adsorptionsschicht einzudringen, größer, wenn der Druck größer wird. Diesbezüglich kann eine Kompaktheit der Adsorptionsvorrichtung ohne Verlust der Adsorptionskapazität des Kältemittels realisiert werden, indem die Teilchengröße des Adsorptionsmittels in den Adsorptionsvorrichtungen von fortlaufend späteren Stufen, wo der Druck des Kältemitteldampfes hoch ist, immer kleiner wird.
Es kann Fälle geben, in denen das Kühlen der Außenluft durch den Kühler auf etwa 0°C erwünscht ist. Um 0°C mit dem Kühler zu erreichen, ist es unter Berücksichtigung der Wärmetauschleistung notwendig, die Kältemittelverdampfungstemperatur auf etwa –5°C mit dem Verdampfapparat der ersten Stufe einzustellen, aber wenn das Kältemittel destilliertes Wasser ist, gefriert es bei einer solch niedrigen Temperatur. Diesbezüglich kann der Einsatz von Wasser, das mit einem Festwerdepunktabsenkmittel vermischt ist, als Kühlfluid erwogen werden, aber ein Festwerdepunktabsenkmittel kann Probleme wie beispielsweise eine Reduzierung der Kühlkapazität, eine Korrosion oder dergleichen verursachen. In diesem Zusammenhang kann der Kondensator mehrfach vorgesehen werden, um den mehreren Stufen von Verdampfapparaten und Adsorptionsvorrichtungen zu entsprechen, sodass ein Umlaufsystem des Kältemittels unabhängig für jede der mehreren Stufen eingerichtet ist, und von dem in diesen mehreren Stufen von Kondensatoren, Verdampfapparaten und Adsorptionsvorrichtungen eingeschlossenen Kältemittel wird ein Festwerdepunktabsenkmittel in das Kältemittel einer erforderlichen Stufe einer Seite einer späteren Stufe gemischt. Deswegen kann die Verwendung eines Festwerdepunktabsenkmittels, mit dem eine Möglichkeit existiert, dass Probleme wie beispielsweise eine Reduzierung der Kühlkapazität, eine Korrosion oder dergleichen eingeführt werden, auf einen minimalen Bereich auf der Seite der vorderen Stufe beschränkt werden.
In diesem Fall kann eine erforderliche Stufe einer vorderen Stufenseite eine Substanz auf Alkoholbasis als Kältemittel verwenden und kann Aktivkohle als Adsorptionsmittel zum Adsorbieren verwenden. Wenn dies gemacht wird, kann ein Gefrieren des Kältemittels zuverlässig verhindert werden, weil die Temperatur, bei welcher die Substanz auf Alkoholbasis gefriert, niedrig ist, und kleinere Mengen des Adsorptionsmittels können verwendet werden, weil die Aktivkohle die Substanz auf Alkoholbasis leicht adsorbiert.
Die Wärmetauschkanäle der mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen bilden insgesamt betrachtet einen Gegenstrom-Wärmetauscher. Bei einer solchen Konstruktion jedoch, dass das von dem Kühler ausgegebene Kühlfluid und das von dem Kühler ausgegebene Kühlfluid vermischt und einem Wärmetauscher des Verdampf apparats der letzten Stufe und einem Wärmetauschkanal der Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe zugeführt werden, wird eine Temperatur des in den Wärmetauschkanal der Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe strömenden Kühlfluids hoch und so wird die Menge der während der Kältemitteladsorption des Adsorptionsmittels verbreiteten Wärme reduziert und die Wärmetauschleistung wird erhöht.
Die Stufen der Adsorptionsvorrichtungen sind paarweise angeordnet, und jedes Paar von Adsorptionsvorrichtungen führt abwechselnd einen Adsorptionsprozess und einen Desorptionsprozess durch eine Beziehung aus, bei welcher, wenn eine eine Adsorption durch das zu ihrem Wärmetauschkanal zugeführte Kühlfluid durchführt, die andere eine Desorption durch das ihrem Wärmetauschkanal zugeführte Heizfluid durchführt, und wenn diese Prozesse gewechselt werden, nachdem die Wärmetauschkanäle mehrerer Stufen von Adsorptionsvorrichtungen einen Zustand passiert haben, bei welchem die Adsorptionsvorrichtungs-Wärmetauschkanäle, in denen ein Ausführungsprozess vor dem Wechseln und ein Ausführungsprozess nach dem Wechseln identisch sind, in Reihe verbunden sind, die Adsorptionsvorrichtungs-Wärmetauschkanäle, bei welchen nach dem Wechseln ein identischer Prozess ausgeführt wird, in Reihe verbunden werden.
Gemäß dieser Konstruktion wird ein Kühlfluid oder ein Heizfluid, das in den mehreren Stufen der Wärmetauschkanäle bei einem Wechselprozess verbleibt, dem Wärmetauschkanal der Adsorptionsvorrichtung zugeführt, das den Adsorptionsprozess oder Desorptionsprozess nach dem Wechseln ausführt, und so ist ein Zeitintervall kurz, bis eine Adsorptionsvorrichtung insbesondere auf einer Seite einer späteren Stufe einen Zustand erreicht, bei welchem die Adsorption oder Desorption tatsächlich durchgeführt werden kann.
Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung erscheinen im Laufe der Beschreibung davon, die folgt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele davon zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1 eine schematische Zeichnung einer Gesamtkonstruktion einer Adsorptionskühlvorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 das erste Ausführungsbeispiel, das in einen zweiten Zustand geschaltet ist;
3 eine schematische Darstellung allein eines Umlaufsystems eines Kühlfluids im ersten Ausführungsbeispiel;
4 ein Adsorptionsraten/Temperatur-Kennliniendiagramm eines Adsorptionsmittels;
5 eine schematische Darstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Darstellung eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Darstellung allein eines Umlaufsystems eines Kühlfluids im zweiten Ausführungsbeispiel;
8 eine schematische Darstellung eines vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
9 eine schematische Darstellung eines fünften bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
10 eine schematische Darstellung allein eines Umlaufsystems des Kühlfluids im fünften Ausführungsbeispiel;
11 eine schematische Darstellung eines sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
12 eine schematische Darstellung eines siebten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
13 eine schematische Darstellung allein eines Umlaufsystems eines Kühlfluids im siebten Ausführungsbeispiel;
14 eine schematische Darstellung eines achten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
15 eine schematische Darstellung allein eines Umlaufsystems eines Kühlfluids im achten Ausführungsbeispiel;
16 eine schematische Darstellung allein eines Umlaufsystems eines Kühlfluids in einem neunten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
17 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einer Adsorptionsmittelteilchengröße und einer Adsorptionsgeschwindigkeit in Ausführungsbeispielen der Erfindung;
18 ein zehntes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
19 ein elftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
20A–20C schematische Konstruktionsdarstellungen eines Prozesswechsels im Ausführungsbeispiel;
21A–21C einen Prozesswechsel in einem zwölften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
22 ein dreizehntes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
23 eine schematische Darstellung allein eines Umlaufsystems eines Kühlfluids in einem Konstruktionsbeispiel, das für den Vergleichszweck mit der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
24 eine Adsorptionskühlvorrichtung gemäß dem Stand der Technik; und
25 ein weiteres Beispiel einer Adsorptionskühlvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Spezielle Ausführungsbeispiele dieser Erfindung, wie sie in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage verwendet werden, werden nachfolgend beschrieben.
1 bis 4 zeigen ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist mit zwei Stufen von Verdampfapparaten und Adsorptionsvorrichtungen versehen, und die Adsorptionsvorrichtungen der jeweiligen Stufen sind aus zwei Adsorptionsvorrichtungen aufgebaut, um abwechselnd einen Desorptionsprozess und einen Adsorptionsprozess mit einer Beziehung, bei welcher, während eine den Desorptionsprozess durchführt, die andere den Adsorptionsprozess ausführt, zu wiederholen.
1 und 2 zeigen eine Gesamtsystemkonstruktion einer Adsorptionskühlvorrichtung 31 in zueinander verschiedenen Zuständen. Diese Adsorptionskühlvorrichtung 31 enthält zum Beispiel einen Kondensator 32, einen Verdampfapparat 33 der ersten Stufe, einen Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe, eine erste und eine zweite Adsorptionsvorrichtung 35 und 36 der ersten Stufe entsprechend dem Kondensator 33 der ersten Stufe, und eine erste und eine zweite Adsorptionsvorrichtung 37 und 38 der zweiten Stufe entsprechend dem Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe. Diese sind im Motorraum des Fahrzeugs angeordnet.
Der Kondensator 32 kondensiert einen durch einen Einlass 32a zugeführten Kältemitteldampf und gibt den kondensierten Dampf als flüssiges Kältemittel aus einem Auslass 32b aus. Die jeweiligen Verdampfapparate 33 und 34 verdampfen die den Einlässen 33a und 34a zugeführte Kältemittelflüssigkeit und geben den Dampf von Auslässen 33b, 33c, 34b und 34c aus.
Ferner beinhalten die Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 ein Adsorptionsmittel S in der Form zahlreicher Teilchen in einem Behälter und sehen gleichzeitig Wärmetauschkanäle 39 bis 42 vor, um einen Wärmeaustausch mit diesem Adsorptionsmittel S durchzuführen. Demgemäß strömt, wenn ein Niedertemperatur-Kühlfluid durch die Wärmetauschkanäle 39 bis 42 strömt, das durch dieses Kühlfluid gekühlte Adsorptionsmittel S durch Einlässe 35a bis 38a und adsorbiert den Kältemitteldampf. Wenn das Hochtemperatur-Heizfluid durch die Wärmetauschkanäle 39 bis 42 strömt, desorbiert das durch dieses Heizfluid erwärmte Adsorptionsmittel S das Kältemittel, wodurch bewirkt wird, dass es zu einem Kältemitteldampf wird, und gibt diesen Dampf von Auslässen 35b bis 42b aus. Wasser zum Beispiel wird als Kältemittel verwendet, und Silikagel, Zeolith, Aktivkohle, aktiviertes Aluminiumoxid oder dergleichen wird als Adsorptionsmittel S verwendet.
Der Kondensator 32 und die Verdampfapparate 33 und 34 sind abwechselnd durch einen Pfad (Rohrleitungskonstruktion) verbunden, wie nachfolgend bezüglich der Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 beschrieben wird, um das Kältemittel zu adsorbieren und zu desorbieren, wie oben beschrieben wurde. Das heißt, von den ersten und zweiten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe entsprechend dem Verdampfapparat 33 der ersten Stufe sind die Einlässe 35a und 36a davon über Schaltventile 43 und 44 mit den Auslässen 33b und 33c des Verdampfapparats 33 der ersten Stufe verbunden. Von den ersten und zweiten Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der zweiten Stufe entsprechend dem Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe sind die Einlässe 37a und 38a davon mit den Auslässen 34b und 34c des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe verbunden.
Demgemäß sind die Auslässe 35b bis 38b der mehreren Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 über auslassseitige Schaltventile 47 bis 50 mit Kältemitteldampfkanälen 51 und 52 verbunden, und diese Kältemitteldampfkanäle 51 und 52 sind mit dem Einlass 32a des Kondensators 32 verbunden.
Der Auslass 32b des Kondensators 32 ist mit dem Einlass 34a des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe über ein Kapillarrohr 53 verbunden, das als Beschränkungsvorrichtung auch als ein Kältemittelflüssigkeitskanal dient, und ferner ist der Einlass 33a des Verdampfapparats 33 der ersten Stufe mit diesem Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe über ein als ein Kältemittelflüssigkeitskanal dienendes Kapillarrohr 54 verbunden. Hierdurch wird die durch den Kondensator 32 kondensierte Kältemittelflüssigkeit nacheinander dem Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe und dem Verdampfapparat 33 der ersten Stufe zugeführt.
Wärmetauscher 55 und 56 sind in einem Innenbereich der zwei Verdampfapparate 33 und 34 angeordnet, und ein Wärmetauschfluid (zum Beispiel Wasser) in einem Innenbereich dieser Wärmetauscher 55 und 56 wird durch Verdampfungswärme der Kältemittelflüssigkeit der Verdampfapparate 33 und 34 gekühlt. Von diesen dient der Wärmetauscher 55 des Verdampfapparats 33 der ersten Stufe dem Kühlen eines Außenbereichs, d.h. er wird zum Kühlen von in einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs durch eine Belüftungsleitung (nicht dargestellt) einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage geblasener Luft verwendet.
Der Wärmetauscher 55 zum Außenkühlgebrauch ist über einen Umlaufpfad 58 mit einem Kühler zum Klimagebrauch 57 verbunden. Das durch Verdampfungswärme der Kältemittelflüssigkeit im Verdampfapparat 33 der ersten Stufe gekühlte Wärmetauschfluid wird durch eine im Umlaufpfad 58 angeordnete Pumpe 59 in der Richtung eines Pfeils A geschickt, um zwischen dem Wärmetauscher 55 und dem Kühler zum Klimagebrauch 57 zu zirkulieren.
Hierbei ist es zum Kühlen der in den Fahrgastraum geblasenen Luft durch Verdampfungswärme der Kältemittelflüssigkeit im Verdampfapparat 33 der ersten Stufe ausreichend, den Verdampfapparat 33 der ersten Stufe direkt in der Belüftungsleitung der Kraftfahrzeug-Klimaanlage anzuordnen, aber weil Kühlluft in der Belüftungsleitung über den Wärmetauscher 55 und den Kühler zum Klimagebrauch 57 strömt, wie in diesem Ausführungsbeispiel, muss eine Kältemittelrohrleitung zum Rückführen eines Kältemitteldampfes, der durch den Verdampfapparat 33 der ersten Stufe verdampft worden ist, zur ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe oder zur zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe zwischen dem Motorraum und dem Fahrgastraum in Fällen, wo eine Rohrleitung eines großen Durchmessers eingesetzt werden muss, über eine große Länge nicht angewendet werden.
Außerdem wird der Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe zum Erzeugen eines Kühlfluids verwendet, das den Wärmetauschkanälen 39 bis 42 der Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 zugeführt wird. Dieser Wärmetauscher 56 ist in Reihe mit dem Kühler 60 verbunden, der Wärme an die Atmosphäre abstrahlt, und das Kühlfluid, das durch die Wärmeabstrahlung des Kühlers 60 gekühlt worden ist, wird durch eine Verdampfungswärme der Kältemittelflüssigkeit in dem Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe weiter gekühlt.
Zusätzlich zu der durch den Kühler 60 und den Wärmetauscher 56 gekühlten Kühlflüssigkeit kann ein Hochtemperatur-Heizfluid den Wärmetauschkanälen 39 bis 42 der Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 zugeführt werden, aber in diesem Ausführungsbeispiel wird Motorkühlwasser als das Heizfluid verwendet.
Wenn in diesem Fall eines des Paares mit der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe und des Paares mit der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe einen Adsorptionsprozess ausführt, führt das andere einen Desorptionsprozess aus. Durch diese Beziehung wiederholen diese zwei Paare abwechselnd den Adsorptionsprozess und den Desorptionsprozess. Aus diesem Grund ist der Zufuhrpfad des Kühlfluids und des Heizfluids wie nachfolgend beschrieben konstruiert.
Zuerst sind die Wärmetauschkanäle 39 und 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe in Reihe verbunden, der Einlass 39a des Wärmetauschkanals 39 ist mit einem ersten Anschluss 61a eines einlassseitigen Vierwegeventils (vier Anschlüsse, zwei Stellungen) 61 verbunden, und der Auslass 41a des Wärmetauschkanals 41 ist mit einem ersten Anschluss 62a eines auslassseitigen Vierwegeventils (vier Anschlüsse, zwei Stellungen) 62 verbunden. Außerdem sind die Wärmetauscher 40 und 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe in Reihe verbunden, der Einlass 40a des Wärmetauschkanals 40 ist mit einem zweiten Anschluss 61b des einlassseitigen Vierwegeventils 61 verbunden, und der Auslass 42b des Wärmetauschkanals 42 ist mit einem zweiten Anschluss 62b des auslassseitigen Vierwegeventils 62 verbunden.
Außerdem sind ein Umlaufpfadrohr 63 und ein Rückführpfadrohr 64 mit einem Kühlwasserausgabeanschluss und einem Ansauganschluss des Motors (nicht dargestellt) verbunden. Demgemäß ist das Umlaufpfadrohr 63 mit einem dritten Anschluss 61c des einlassseitigen Vierwegeventils 61 verbunden, und das Rückführpfadrohr 64 ist mit einem dritten Anschluss 62c des auslassseitigen Vierwegeventils 62 verbunden. Auch ist von dem in Reihe verbundenen Kühler 60 und Wärmetauscher 56 zum Erzeugen eines Kühlfluids ein Auslass 56a des Wärmetauschers 56 mit einem vierten Anschluss 61d des einlassseitigen Vierwegeventils 61 über eine Pumpe 65 verbunden, um das Kühlfluid in die Richtung eines Pfeils B zu schicken, und gleichzeitig ist ein Einlass 60a des Kühlers 60 mit einem vierten Anschluss des Vierwegeventils 62 verbunden.
Die Vierwegeventile 61 und 62 sind so konstruiert, dass sie zwischen einem in 1 dargestellten ersten Zustand und einem in 2 dargestellten zweiten Zustand geschaltet werden. Demgemäß verbindet im ersten Zustand das einlassseitige Vierwegeventil 61 den ersten Anschluss 61a und den vierten Anschluss 61d und verbindet den zweiten Anschluss 61b und den dritten Anschluss 61c; analog verbindet auch das auslassseitige Vierwegeventil 62 den ersten Anschluss 62a und den vierten Anschluss 62d sowie den zweiten Anschluss 62b und den dritten Anschluss 62c.
Deswegen wird das vom Motor ausgegebene Heizfluid so zirkuliert, dass es von dem Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe zum Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe strömt und zum Motor zurückgeleitet wird, und gleichzeitig wird das durch den Kühler 60 und den Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe gekühlte Kühlfluid so zirkuliert, dass es vom Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe zum Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe strömt und zum Kühler 60 zurückgeleitet wird.
Wenn die Vierwegeventile 61 und 62 in den in 2 dargestellten zweiten Zustand geschaltet sind, verbindet außerdem das einlassseitige Vierwegeventil 61 die erste Öffnung 61a und die dritte Öffnung 61c sowie die zweite Öffnung 61b und die vierte Öffnung 61d; analog verbindet auch das auslassseitige Vierwegeventil 62 die erste Öffnung 62a und die dritte Öffnung 62c sowie die zweite Öffnung 62b und die vierte Öffnung 62d.
Deswegen wird das vom Motor ausgegebene Heizfluid so zirkuliert, dass es vom Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe zum Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe strömt und zum Motor zurückgeleitet wird, und gleichzeitig wird das durch den Kühler 60 und den Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe gekühlte Kühlfluid so zirkuliert, dass es vom Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe zum Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe strömt und zum Kühler 60 zurückgeleitet wird.
Demgemäß sind die Vierwegeventile 61 und 62 vom elektromotorischen Typ (zum Beispiel durch einen Elektromotor angetriebene Drehvorrichtungen) und werden zusammen mit den oben beschriebenen Schaltventilen 43 bis 50 durch eine Steuerung (ECU) als eine mit einem Mikroprozessor versehene Steuervorrichtung gesteuert. In diesem Fall werden die Vierwegeventile 61 und 62 und die Schaltventile 43 bis 50 so gesteuert, dass sie zu jedem festen Intervall (zum Beispiel 60 Sekunden) geschaltet und betätigt werden.
Die Schaltperiode der Vierwegeventile 61 und 62 und der Schaltventile 43 bis 50 ist in einer durch Experimente oder theoretisch im Voraus bestimmten Zeit, die durch das Adsorptionsmittel S zur Desorption oder Adsorption erforderlich ist, eingerichtet.
Ein Betriebsmodus der oben beschriebenen Konstruktion wird nachfolgend beschrieben.
Wenn ein Betriebsschalter der Kraftfahrzeug-Klimaanlage eingeschaltet wird, steuert die Steuerung, wie sie oben beschrieben wurde, die Vierwegeventile 61 und 62 und die Schaltventile 43 bis 50 so, dass, wenn sich ein Paar von dem aus der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe gebildeten Paar und dem aus der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe aufgebauten Paar im Adsorptionsprozess befindet, das andere Paar den Desorptionsprozess ausführt. In 1 und 2 ist ein offener Zustand der Schaltventile 43 bis 50 weiß dargestellt, und ein geschlossener Zustand davon ist schwarz dargestellt.
Nun wird, wie in 1 dargestellt, der Zustand angenommen, dass das aus der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe aufgebaute Paar sich in einem Zustand der Ausführung des Adsorptionsprozesses befindet und das aus der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe aufgebaute Paar den Desorptionsprozess ausführt. In diesem Zustand stehen die erste Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und die erste Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe mit dem Verdampfapparat 33 der ersten Stufe bzw. dem Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe durch Öffnen der Schaltventile 43 und 45 in Verbindung, und gleichzeitig befindet sich der Kondensator 32 durch ein Schließen der Schaltventile 47 und 49 in einem geschlossenen Zustand, und die Wärmetauschkanäle 39 und 41 davon empfangen eine Zufuhr des Kühlfluids. Außerdem stehen die zweite Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und die zweite Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe mit dem Kondensator 32 durch Öffnen der Schaltventile 48 und 50 in Verbindung, und zusammen damit befinden sich der Verdampfapparat 33 der ersten Stufe und der Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe durch ein Schließen der Schaltventile 44 und 46 in einem geschlossenen Zustand, und die Wärmetauschkanäle 40 und 42 davon empfangen eine Zufuhr des Heizfluids.
Deswegen wird das Adsorptionsmittel S der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe gekühlt und zeigt eine Adsorptionswirkung, und so wird das Kühlfluid, welches in dem Verdampfapparat 33 der ersten Stufe und dem Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe gesammelt worden ist, verdampft und der verdampfte Kühlmitteldampf wird an der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe bzw. der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe adsorbiert. Aufgrund der Verdampfungswärme des Kältemittels des Verdampfapparats der ersten Stufe wird zu diesem Zeitpunkt das im Wärmetauscher 55 strömende Wärmetauschkältemittel gekühlt und hierdurch zeigt der Kühler zum Klimagebrauch 57 eine Schnellkühlwirkung und kühlt die in der Belüftungsleitung strömende Luft schnell ab.
Weil außerdem das Adsorptionsmittel S der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe durch das Heizfluid geheizt wird, wird das Kältemittel, das an diesem Adsorptionsmittel S adsorbiert gewesen ist, desorbiert, und der durch diese Desorption erzeugte Kältemitteldampf wird dem Kondensator 32 zugeführt, wo er durch einen Wärmeaustausch mit der Atmosphäre gekühlt wird und kondensiert. Demgemäß wird die durch den Kondensator 32 kondensierte Kältemittelflüssigkeit dem Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe und dem Verdampfapparat 33 der ersten Stufe zugeführt, und hier wird sie verdampft und an dem Adsorptionsmittel S der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe bzw. der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe adsorbiert.
Demgemäß wird die von dem Kältemittel durch die Adsorptionswirkung des Adsorptionsmittels S in der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe freigesetzte Kondensationswärme durch das durch die Wärmetauschkanäle 39 und 41 strömende Kühlfluid an sich gerissen. Das Kühlfluid, dessen Temperatur durch dieses An-sich-Reißen der Kondensationswärme erhöht worden ist, wird anschließend zirkuliert, um zuerst durch Abstrahlen von Wärme an die Atmosphäre im Kühler 60 gekühlt zu werden, danach weiter durch eine Verdampfungswärme im Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe im Wärmetauscher 56 gekühlt zu werden und danach wieder zu den Wärmetauschern 39 und 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe zu strömen.
Wenn ein solcher Zustand für eine feste Zeit fortgesetzt worden ist, fällt die Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels S der ersten Adsorptiorsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe ab, und eine Desorption des Adsorptionsmittels S in der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe endet. Wenn dies stattfindet, werden die Vierwegeventile 61 und 62 und die Schaltventile 43 bis 50 in den in 2 dargestellten Zustand geschaltet, und so stehen die erste Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und die erste Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe mit dem Kondensator 32 durch Öffnen der Schaltventile 47 und 49 in Verbindung und werden von dem Verdampfapparat 33 der ersten Stufe bzw. dem Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe durch Schließen der Schaltventile 43 und 45 getrennt, und zusammen damit empfangen die Wärmetauschkanäle 39 und 41 davon eine Zufuhr des Heizfluids.
Außerdem stehen die zweite Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und die zweite Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe mit dem Verdampfapparat 33 der ersten Stufe und dem Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe durch Öffnen der Schaltventile 44 und 46 in Verbindung und werden von dem Kondensator 32 durch Schließen der Schaltventile 48 und 50 getrennt, und zusammen damit empfangen die Wärmetauschkanäle 40 und 42 davon eine Zufuhr des Kühlfluids.
Weil dieser Zustand in 2 bloß ein Zustand ist, in dem der Adsorptionsprozess und der Desorptionsprozess durch die entgegengesetzten Paare des Zustandes in 1 durchgeführt werden, d.h. so, dass das aus der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe gebildete Paar den Desorptionsprozess durchführt und das aus der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe gebildete Paar den Adsorptionsprozess durchführt, wird auf eine detaillierte Beschreibung dieses Zustandes verzichtet. Demgemäß werden, wenn dieser Zustand in 2 für eine feste Zeit fortgesetzt worden ist, die Vierwegeventile 61 und 62 und die Schaltventile 43 bis 50 zu dem in 1 dargestellten Zustand gewechselt, und auf diese Weise werden der Zustand von 1 und der Zustand von 2 nach jeweils einem festen Zeitintervall abwechselnd wiederholt.
Auf diese Weise wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel das durch den Kühler 60 gekühlte Kühlfluid durch die Wärmetauschkanäle 39 und 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe weiter gekühlt oder wird den Wärmetauschkanälen 40 und 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe zugeführt, und so kann eine Gesamtkühlleistung der Adsorptionskühlvorrichtung 31 erhöht werden, ohne die Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 groß werden zu lassen.
Diese Sache wird durch einen Vergleich mit der Adsorptionskühlvorrichtung gemäß dem in 25 dargestellten Stand der Technik beschrieben.
Zuerst wird eine minimale Adsorptionsrate während der Desorption durch eine Adsorptionsvorrichtung durch eine Taupunkttemperatur des Kältemittels, d.h. die Kondensationstemperatur im Kondensator, und durch die Heiztemperatur des Adsorptionsmittels, d.h. die Temperatur des Heizfluids bestimmt; eine maximale Adsorptionsrate während der Adsorption durch eine Adsorptionsvorrichtung wird durch die Taupunkttemperatur des Kältemittels, d.h. die Verdampfungstemperatur des Kältemittelfluids im Verdampfapparat, und durch die Schnellkühltemperatur des Adsorptionsmittels, d.h. die Temperatur des Kühlfluids, bestimmt. Demgemäß wird ein Kältemittel entsprechend der Differenz dieser minimalen Adsorptionsrate und maximalen Adsorptionsrate dem Kondensator und dem Verdampfapparat zugeführt, und eine Kühlwirkung wird im Verdampfapparat gezeigt. Deswegen kann man sagen, dass, je größer der Unterschied zwischen der minimalen Adsorptionsrate während der Desorption und der maximalen Adsorptionsrate während der Adsorption ist, die Kühlkapazität umso höher wird.
Hierbei wird die Temperatur des Motorkühlwassers, welches das Heizfluid ist, zu 90°C angenommen, die Kondensationstemperatur des durch die Atmosphäre gekühlten Kältemittels im Kondensator wird zu 40°C angenommen, das in dem Kühler gekühlte Kühlfluid wird zu 30°C angenommen, und die Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Verdampfapparat zum Kühlen der in den Fahrgastraum zu blasenden Luft wird zu 10°C angenommen.
Demgemäß wird mit einer Vorrichtung mit dem Aufbau gemäß dem Stand der Technik in 25 der von dem auf 90°C durch das Heizfluid geheizten Adsorptionsmittel S adsorbierte Kältemitteldampf auf 40°C gekühlt und durch einen Kondensator 6 kondensiert, und so desorbiert das Adsorptionsmittel S das Kältemittel, bis die Adsorptionsrate etwa 6% erreicht, wie durch einen Punkt P1 in dem Adsorptionsraten/Temperatur-Kennliniendiagramm von 4 dargestellt.
Auch im Beispiel dieses vorliegenden Ausführungsbeispiels ist diese Adsorptionsrate des Adsorptionsmittels S im Desorptionsprozess derart, dass der von dem auf 90°C durch das Heizfluid geheizten Adsorptionsmittel S desorbierte Kältemitteldampf in den ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe oder durch die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe auf 40°C gekühlt und durch den Kondensator 32 kondensiert wird, und so desorbiert das Adsorptionsmittel S der mehreren Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 in ähnlicher Weise das Kältemittel, bis die Adsorptionsrate etwa 6% erreicht.
Dagegen wird mit der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik in 25 im Adsorptionsprozess der bei 10°C in einem Verdampfapparat 7 verdampfte Kältemitteldampf durch das auf 30°C durch das Kühlfluid gekühlte Adsorptionsmittel S adsorbiert, und so adsorbiert das Adsorptionsmittel S zu diesem Zeitpunkt das Kältemittel, bis die Adsorptionsrate etwa 8% erreicht, wie durch einen Punkt P2 in 1 dargestellt. Folglich ist eine Menge äquivalent zum Zeitdifferential der Desorption von etwa 9% die durch das Adsorptionsmittel S adsorbierte und desorbierte Kältemittelmenge, und damit würde eine immense Menge Adsorptionsmittel S erforderlich sein, um eine ausreichende Menge Kältemittelfluid dem Verdampfapparat 7 zuzuführen und eine ausreichende Kühlkapazität zu erreichen.
Im Gegensatz dazu wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Kühlfluid so zirkuliert, dass es durch den Kühler 60 auf 30°C gekühlt wird und durch den Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe weiter auf 20°C gekühlt wird, danach ist vorgesehen, das Adsorptionsmittel S der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe oder der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe zu kühlen und seine Temperatur steigt auf 20°C bis 30°C, es ist vorgesehen, das Adsorptionsmittel S der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe oder der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe zu kühlen, und es steigt von 30°C auf 40°C, und es wird durch den Kühler 60 auf 30°C gekühlt, wie in 3 dargestellt, welche nur ein Umlaufsystem eines Kühlfluids zeigt.
Deswegen adsorbiert das Adsorptionsmittel S in den Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe, das auf eine mittlere Temperatur von 25°C gekühlt ist, den Kältemitteldampf von 10°C, und das Adsorptionsmittel S in den Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der zweiten Stufe, das auf eine mittlere Temperatur von 35°C gekühlt ist, adsorbiert den Kältemitteldampf von 20°C, und so beträgt die Adsorptionsrate des Adsorptionsmittels S in den Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe etwa 21%, wie durch einen Punkt P3 in 4 dargestellt, und die Adsorptionsrate des Adsorptionsmittels S in den Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der zweiten Stufe beträgt etwa 23%, wie durch einen Punkt P4 in der gleichen Zeichnung dargestellt. Folglich beträgt die durch das Adsorptionsmittel S in den Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 adsorbierte und desorbierte Kältemittelmenge etwa 15%, und die durch das Adsorptionsmittel S in den Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 adsorbierte und desorbierte Kältemittelmenge beträgt etwa 17%; daher wird die adsorbierte und desorbierte Kältemittelmenge gegenüber der Konstruktion gemäß dem Stand der Technik in 25 erhöht. Aus diesem Grund kann die Kühlkapazität erhöht werden, während eine große Größe der Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 vermieden wird.
Man kann in diesem Zusammenhang beachten, dass als weiteres Konstruktionsbeispiel zum Vergrößern eines Differentials in Adsorptionsraten des Adsorptionsmittels S zwischen dem Adsorptionsprozess und dem Desorptionsprozess und Verbessern der Kühlkapazität unter Vermeidung einer großen Größe, wie oben beschrieben, die Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der zweiten Stufe durch das durch den Kühler 60 gekühlte Kühlfluid gekühlt werden können, die Adsorptionsvorrichtungen 33 und 34 der ersten Stufe durch das durch den Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe gekühlte Kühlfluid gekühlt werden können, und der Kühler zum Klimagebrauch 57 durch das durch den Verdampfapparat 33 der ersten Stufe gekühlte Wärmetauschkältemittel gekühlt werden kann, wie in 23 dargestellt. Damit gibt es jedoch drei Systeme von Umlaufpfaden, um das Kühlfluid und das Wärmetauschkältemittel zirkulieren zu lassen, und weil für jedes der mehreren Systeme eine Pumpe P notwendig ist, werden drei Pumpen benötigt.
Im Gegensatz dazu sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Kühler 60 und der Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe in Reihe verbunden, und gleichzeitig sind der Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe sowie der Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und der Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe jeweils in Reihe verbunden, und somit gibt es zwei Systeme von Umlaufpfaden, um das Kühlfluid und das Wärmetauschkältemittel zirkulieren zu lassen, eine Rohrleitungskonstruktion für das Kühlfluid und das Wärmetauschkältemittel ist vereinfacht, die zwei Pumpen 59 und 65 sind ausreichend, und die Herstellungskosten können reduziert werden.
Ferner werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem Fall, wenn das durch den Kühler 60 und den Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe gekühlte Kühlfluid zu den seriell verbundenen Wärmetauschkanälen 39 und 41 oder Wärmetauschkanälen 40 und 42 strömt, die den Kältemitteldampf niedriger Verdampfungstemperatur adsorbierenden Adsorptionsvorrichtungen, d.h. die Wärmetauschkanäle 39 und 40 der Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe zuerst versorgt, wodurch das Adsorptionsmittel S davon gekühlt wird, und die den Kältemitteldampf höherer Verdampfungstemperatur adsorbierenden Adsorptionsvorrichtungen, d.h. die Wärmetauschkanäle 41 und 42 der Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der zweiten Stufe werden danach versorgt, um das Adsorptionsmittel S davon zu kühlen, und so erhält man eine Wärmetauschkonstruktion einer Gegenstromart, und das Adsorptionsmittel S kann mit einem günstigen Wirkungsgrad gekühlt werden.
Außerdem kann eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des durch das Adsorptionsmittel S der mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 adsorbierten Kältemitteldampfes und der Temperatur des Kühlfluids zwischen den Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 zueinander äquivalent gemacht werden. Folglich ist das Differential zwischen der Adsorptionsrate während einer Adsorption durch das Adsorptionsmittel S und einer Adsorptionsrate während der Desorption durch das Adsorptionsmittel S in den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 äquivalent, und es wird für jede der mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 möglich, eine große Menge Kältemittel zum Kondensator 32 zu leiten.
In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass gemäß dem vorherigen ersten Ausführungsbeispiel die Verdampfapparate 33 und 34 und der Kondensator 32 diskrete Vorrichtungen sind und ihre Konstruktion derart ist, dass die Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe und die Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der zweiten Stufe den durch die Verdampfapparate 33 und 34 verdampften Kältemitteldampf im Adsorptionsprozess adsorbieren und den desorbierten Kältemitteldampf im Desorptionsprozess zum Kondensator schicken. Deswegen werden die Schaltventile 43 bis 50 zum Wechseln der Kanäle des Kältemitteldampfes notwendig, aber um einen Druckverlust zu mindern, müssen diese Ventile von großer Größe sein, und als Begleiterscheinung dazu wird eine große Betätigungskraft notwendig, und so wird auch die Quelle der Betätigungskraft von großer Größe, was räumlich und bezüglich der Kosten nachteilig ist.
Ein Konstruktionsbeispiel, bei dem dieser Punkt verbessert ist, ist in 5 als ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung gezeigt. Kurz gesagt, sind die Schaltventile 43 bis 50 zum Schalten der Kanäle des Kältemitteldampfes in dem in 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel weggelassen. Deswegen sieht eine Vorrichtung gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel, während eine Vorrichtung gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel einen Verdampfapparat 33 der ersten Stufe zum Versorgen der ersten und zweiten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe und einen Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe zum Versorgen der ersten und zweiten Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der zweiten Stufe anordnet, einen Verdampfapparat 33, 33', 34 oder 34', der als Kondensator doppelt genutzt wird, zum Versorgen jeweils aller der mehreren Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 vor.
Mit dieser Vorrichtung befinden sich, wenn die Dreiwegeventile SV1 bis SV6 und die Vierwegeventile FV1 und FV2 in einem durch die durchgezogenen Linien in 5 dargestellten Zustand sind, die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Adsorptionsprozess, und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe befinden sich im Desorptionsprozess. Hierbei strömt das Heizfluid nacheinander zu einem Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und einem Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe, wodurch das Adsorptionsmittel S der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe geheizt wird und der von dem Adsorptionsmittel S deswegen desorbierte Kältemitteldampf in die Verdampfapparate 33' und 34' strömt.
Im Gegensatz dazu wird ein durch den Kühler 60 gekühltes Kühlfluid durch die jeweils in den zwei Verdampfapparaten 34 und 34' der zweiten Stufe vorgesehenen Wärmetauscher 56 und 56' stromgeteilt, und das zu einem Wärmetauscher 56' kurzgeschlossene Kühlfluid kondensiert den Kältemitteldampf des Verdampfapparats 34' und strömt danach in einen mit einem Verdampfapparat 33' der ersten Stufe versehenen Wärmetauscher 55', kondensiert den Kältemitteldampf des Verdampfapparats 33' und kehrt zum Kühler 60 zurück. Demgemäß wird die durch die jeweiligen Verdampfapparate 33' und 34' kondensierte Kältemittelflüssigkeit jeweils zu den Verdampfapparaten 33 und 34 geleitet.
Das zu dem anderen Wärmetauscher 56 kurzgeschlossene Kühlfluid wird durch den Verdampfapparat 34 gekühlt und strömt anschließend nacheinander zum Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und zum Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe, wodurch das Adsorptionsmittel S der ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe gekühlt wird, und kehrt zum Kühler 60 zurück. Deswegen adsorbiert das Adsorptionsmittel S der jeweiligen Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 den durch die jeweiligen Verdampfapparate 33 und 34. verdampften Kältemitteldampf. Demgemäß wird das durch den Wärmetauscher 55 gekühlte Wärmetauschfluid einem Kühler 57 zugeleitet und kühlt in einer Lüftungsleitung einer Klimaanlage strömende Luft schnell ab.
Falls die Dreiwegeventile SV1 bis SV6 und die Vierwegeventile FV1 und FV2 in einen durch gestrichelte Linien in 5 dargestellten Zustand geschaltet worden sind, führen dagegen die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe den Desorptionsprozess aus und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe führen den Adsorptionsprozess aus; Heizfluid, Kühlfluid und Pfade des Kanals des Wärmetauschmediums sind ähnlich den oben beschriebenen, und daher wird auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
Durch Verwenden einer solchen Konstruktion bewegt sich das Kältemittel bloß zwischen den mehreren Verdampfapparaten 33, 33', 34 und 34' entsprechend den jeweiligen Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 hin und her, und daher kann auf die Schaltventile 43 bis 50 verzichtet werden, die von einer großen Größe sein müssen. Hierbei ist die Anzahl der die weggelassenen Schaltventile 43 bis 50 ersetzenden Dreiwegeventile SV1 bis SV6 und Vierwegeventile FV1 und FV2 größer als im ersten Ausführungsbeispiel, aber weil durch diese Ventile ein Fluid und kein Dampf strömt, sind sie räumlich und bezüglich der Kosten vorteilhaft, ohne einen größeren Druckverlust, selbst wenn diese Ventile nicht in großer Größe konstruiert sind.
6 und 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Zuerst werden die Kennlinien dieses dritten Ausführungsbeispiels kurz im Vergleich zu dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Zuerst sind, während im ersten Ausführungsbeispiel die Wärmetauschkanäle 39 und 41 oder die Wärmetauschkanäle 40 und 42 beim Durchführen des Adsorptionsprozesses in Reihe verbunden sind, im zweiten Ausführungsbeispiel die Wärmetauschkanäle 39 bis 42 unabhängige Kanalsysteme.
Zweitens ist, während im ersten Ausführungsbeispiel der Kühler 60 und der Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe zum Erzeugen des Kühlfluids in Reihe verbunden sind, im zweiten Ausführungsbeispiel der Kühler 60 unabhängig und wird verwendet, um das den Wärmetauschkanälen 41 und 42 der Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der zweiten Stufe zugeführte Kühlfluid zu erzeugen.
Drittens sind, während im ersten Ausführungsbeispiel der Verdampfapparat 33 der ersten Stufe bloß zum Kühlen eines Außenbereichs eingesetzt wird, im zweiten Ausführungsbeispiel die Verdampfapparate 33 und 34 der ersten Stufe und der zweiten Stufe zusätzlich zum Kühlgebrauch eines Außenbereichs zum Erzeugen eines den Wärmetauschkanälen 39 und 40 der Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe zugeführten Kühlfluids eingesetzt.
In diesem Ausführungsbeispiel sind ein Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe, ein Wärmetauscher 55 des Verdampfapparats 33 der ersten Stufe und ein Kühler zum Klimagebrauch 57 in Reihe verbunden, und ein nacheinander durch die Wärmetauscher 56 und 55 gekühltes Kühlfluid wird durch eine zwischen dem Wärmetauscher 55 und dem Kühler zum Klimagebrauch 57 vorgesehene Pumpe 66 in der Richtung eines Pfeils C geschickt. Außerdem wird das durch den Kühler 60 gekühlte Kühlfluid durch eine Pumpe in der Richtung eines Pfeils D geschickt.
Dieses Ausführungsbeispiel ist mit vier Vierwegeventilen 68 bis 71 versehen, um ein Zuführziel des Kühlfluids und des Heizfluids zu schalten. Wenn diese Vierwegeventile 68 bis 71 in einem durch durchgezogene Linien in 6 gezeigten Zustand sind, kühlt demgemäß ein nacheinander durch den Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe und den Wärmetauscher 55 des Verdampfapparats 33 der ersten Stufe gekühltes Kühlfluid eine in einen Fahrgastraum des Wagens geblasene Luft durch den Kühler zum Klimagebrauch 57 schnell ab und strömt danach nacheinander durch den Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und die Vierwegeventile 69 und 70 und wird zum Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe zurückgeleitet.
Das durch den Kühler gekühlte Kühlfluid wird durch die Pumpe 67 in der Richtung eines Pfeils D geschickt und strömt nacheinander durch das Vierwegeventil 71 und den Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe und wird zum Kühler 60 zurückgeleitet.
Weiter strömt ein von dem Motor ausgegebenes Heizfluid nacheinander durch ein Umlaufpfadrohr 63, das Vierwegeventil 68, den Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe, das Vierwegeventil 70, den Wärme tauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe, das Vierwegeventil 71 und ein Rückführpfadrohr 64 und wird zum Motor zurückgeleitet.
Folglich führen in diesem Zustand die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe den Adsorptionsprozess durch, und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe führen den Desorptionsprozess durch.
Wenn die Vierwegeventile 68 bis 71 in einen durch gestrichelte Linien in 6 gezeigten Zustand geschaltet werden, kühlt das nacheinander durch den Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe und den Wärmetauscher 55 des Verdampfapparats 33 der ersten Stufe gekühlte Kühlfluid die in den Fahrgastraum des Wagens geblasene Luft durch den Kühler zum Klimagebrauch 57 schnell ab und strömt danach nacheinander durch das Vierwegeventil 68, den Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe, und das Vierwegeventil 70 und wird zum Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe zurückgeleitet.
Das durch den Kühler 60 gekühlte Kühlfluid wird durch die Pumpe 67 in der Richtung eines Pfeils D geschickt, strömt nacheinander durch das Vierwegeventil 71, den Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe und die Vierwegeventile 70 und 69 und wird zum Kühler 60 zurückgeleitet.
Dagegen strömt das von dem Motor ausgegebene Heizfluid nacheinander durch das Umlaufpfadrohr 63, das Vierwegeventil 68, den Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe, das Vierwegeventil 69, den Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe, das Vierwegeventil 71 und das Rückführpfadrohr 64 und wird zum Motor zurück geleitet.
In diesem Zustand führen folglich die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe den Adsorptionsprozess durch, und die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe führen den Desorptionsprozess durch.
6 zeigt einen Zustand des Öffnens oder Schließens der Schaltventile 43 bis 50, wenn sich die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Adsorptionsprozess befinden und sich die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Desorptionsprozess befinden. Folglich nehmen, wenn sich die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Desorptionsprozess befinden und sich die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Adsorptionsprozess befinden, die Schaltventile 43 bis 50 einen Zustand der Öffnung oder Schließung an, der entgegen jenem in 6 ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel funktioniert der Verdampfapparat 33 der ersten Stufe zusätzlich zur Funktion als Vorrichtung zum Kühlen eines externen Bereichs als Vorrichtung zum Erzeugen eines den Wärmetauschkanälen 39 und 40 der ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe und der zweiten Stufe zuzuführenden Kühlfluids, und der Verdampfapparat 33 der zweiten Stufe funktioniert zusätzlich zur Funktion als Vorrichtung zum Kühlen eines externen Bereichs als eine Vorrichtung zum Erzeugen eines den Wärmetauschkanälen 39 und 40 der Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe, welches die frühere Stufe ist, zuzuführenden Kühlfluids.
Aus diesem Grund wird, wenn sich die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Adsorptionsprozess befinden, das durch die Verdampfapparate 33 und 34 der ersten Stufe und der zweiten Stufe gekühlte Kühlfluid den Wärmetauschkanälen 39 und 40 zugeführt, und so kann die Kühlleistung ähnlich dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel verbessert werden, ohne zu einer größeren Größe zu führen. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass 7 ein Kanalsystem allein für ein Kühlfluid, Temperaturen bei verschiedenen Bereichen davon und Verdampfungstemperaturen der Kältemittelflüssigkeit an den Verdampfapparaten 33 und 34 zeigt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Wärmetauschkanäle 39 und 41 und die Wärmetauschkanäle 40 und 42 voneinander unabhängig, ohne während der Zufuhr des Kühlfluids in Reihe verbunden zu sein, aber weil der Verdampfapparat 33 der ersten Stufe, der Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe und der Kühler zum Klimagebrauch 57 in Reihe verbunden sind, sind ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel zwei Systeme von Umlaufpfaden zum Zuführen des Kühlfluids ausreichend, und so ist die Rohrleitungskonstruktion vereinfacht, die zwei Pumpen 66 und 71 sind ebenfalls ausreichend, und Herstellungskosten können reduziert werden.
8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß dieser Erfindung. Dieses vierte Ausführungsbeispiel beseitigt ähnlich dem zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel und entgegen dem ersten Ausführungsbeispiel die Schaltventile 43 bis 50 für Schaltkanäle des Kältemitteldampfes im dritten Ausführungsbeispiel. Das heißt, während eine Vorrichtung gemäß dem oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel einen Verdampfapparat 33 der ersten Stufe anordnet, um die ersten und zweiten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe zu versorgen, und einen Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe anordnet, um die ersten und zweiten Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der zweiten Stufe zu versorgen, sieht eine Vorrichtung gemäß diesem vierten Ausführungsbeispiel einen Verdampfapparat 33, 33', 34 oder 34' mit einer Doppelfunktion als Kondensator zum Versorgen jeweils jeder der mehreren Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 vor.
Mit dieser Vorrichtung befinden sich, wenn die Dreiwegeventile SV7 bis SV17 und ein Vierwegeventil FV3 in einem durch durchgezogene Linien in der Zeichnung gezeigten Zustand sind, die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Adsorptionsprozess und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Desorptionsprozess.
Zu diesem Zeitpunkt strömt das Heizfluid nacheinander zu einem Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und einem Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe, wodurch das Adsorptionsmittel S der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe geheizt wird, und deswegen strömt der vom Adsorptionsmittel S desorbierte Kältemitteldampf in die Verdampfapparate 33' und 34'.
Im Gegensatz dazu wird das durch den Kühler 60 gekühlte Kühlfluid zu einem Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe und zu einem in einem Verdampfapparat 34' der zweiten Stufe vorgesehenen Wärmetauscher 56' stromgeteilt, und ein zum Wärmetauscher 56' kurzgeschlossenes Kühlfluid kondensiert den Kältemitteldampf des Verdampfapparats 34' und strömt danach in einen in dem Verdampfapparat 33' vorgesehenen Wärmetauscher 55', kondensiert den Kältemitteldampf des Verdampfapparats 33' und kehrt zum Kühler 60 zurück. Demgemäß wird das durch die jeweiligen Verdampfapparate 33' und 34' kondensierte Kältemittelflüssigkeit den Verdampfapparaten 33 bzw. 34 zugeleitet. Außerdem kühlt das zum Wärmetauschkanal 41 kurzgeschlossene Kühlfluid das Adsorptionsmittel S der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe und kehrt zum Kühler 60 zurück. Deswegen adsorbiert das Adsorptionsmittel S der Adsorptionsvorrichtung 37 den im Verdampfapparat 34 verdampften Kältemitteldampf.
Weiter wird das nacheinander durch die Wärmetauscher 56 und 55 der Verdampfapparate 34 und 33, denen die Kältemittelflüssigkeit von den Verdampfapparaten 34' und 33' zugeführt wird, gekühlte Kühlfluid zuerst einem Kühler 57 zugeleitet, um die in einer Belüftungsleitung einer Klimaanlage strömende Luft schnell abzukühlen, und strömt danach durch den Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und wird zum Wärmetauschkanal 56 des Verdampfapparats 34 zurückgeleitet. Demgemäß wird das Adsorptionsmittel S der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe durch das durch den Wärmetauschkanal 39 strömende Kühlfluid gekühlt und adsorbiert den durch den Verdampfapparat 33 verdampften Kältemitteldampf.
Falls die Dreiwegeventile SV7 bis SV17 und das Vierwegeventil FV3 in einen durch gestrichelte Linien in 8 gezeigten Zustand geschaltet worden sind, führen dagegen die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe den Desorptionsprozess durch und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe führen den Adsorptionsprozess durch; das Heizfluid, das Kühlfluid und die Pfade des Kanals des Wärmetauschmediums sind ähnlich den oben beschriebenen, und daher wird auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
Durch Verwenden einer Konstruktion wie dieser kann auf die für das dritte Ausführungsbeispiel gezeigten Schaltventile 43 bis 50 verzichtet werden, die von großer Größe sein müssen.
9 und 10 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Eine Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist so gestaltet, dass ein Kühlfluid-Umlaufpfad aus nur einem System aufgebaut ist. Ein Paar Wärmetauschkanäle 39 und 41 von ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe und ein Paar Wärmetauschkanäle 40 und 42 von zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe sind in Reihe verbunden, und gleichzeitig sind ein Kühler 60, ein Wärmetauscher 56 eines Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe, ein Wärmetauscher 55 eines Verdampfapparats 33 der ersten Stufe sowie ein Kühler für einen Klimagebrauch 57 in Reihe verbunden, und eine Pumpe 72 zum Schicken des Kühlfluids in der Richtung eines Pfeils E ist an einer Auslassseite des Kühlers zum Klimagebrauch 57 angeordnet.
Zwei Vierwegeventile 73 und 74 sind vorgesehen, um ein Zuführziel des Kühlfluids und des Heizfluids zu schalten. Wenn diese Vierwegeventile 73 und 74 in einem durch durchgezogene Linien in 9 dargestellten Zustand sind, kühlt ein nacheinander durch den Kühler 60, den Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe und den Wärmetauscher 55 des Verdampfapparats 33 der ersten Stufe gekühltes Kühlfluid die in einen Fahrgastraum des Wagens geblasene Luft durch den Kühler zum Klimagebrauch 57 schnell ab und strömt danach nacheinander durch das Vierwegeventil 73, den Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe, den Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe und das Vierwegeventil 74 und wird zum Kühler 60 zurückgeleitet.
Außerdem strömt das vom Motor ausgegebene Heizfluid nacheinander durch ein Umlaufpfadrohr 63, das Vierwegeventil 73, den Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe, den Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe, das Vierwegeventil 74 und ein Rückführpfadrohr 64 und wird zum Motor zurückgeleitet.
Folglich führen in diesem Zustand die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe den Adsorptionsprozess und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe den Desorptionsprozess durch.
Wenn die Vierwegeventile 73 und 74 zu einem durch gestrichelte Linien in 9 dargestellten Zustand geschaltet werden, kühlt das nacheinander durch den Kühler 60, den Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe und den Wärmetauscher 55 des Verdampfapparats 33 der ersten Stufe gekühlte Kühlfluid die in den Fahrgastraum des Wagens geblasene Luft durch den Kühler zum Klimagebrauch 57 schnell ab und strömt danach nacheinander durch das Vierwegeventil 73, den Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und den Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe und wird zum Kühler 60 zurückgeleitet.
Außerdem strömt das vom Motor ausgegebene Heizfluid nacheinander durch das Umlaufpfadrohr 63, das Vierwegeventil 73, den Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe, den Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe, das Vierwegeventil 74 und das Rückführpfadrohr 64 und wird zum Motor zurückgeleitet.
In diesem Zustand führen folglich die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe den Adsorptionsprozess und die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe den Desorptionsprozess durch.
9 zeigt einen Zustand des Öffnens oder Schließens der Schaltventile 43 bis 50, wenn die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Adsorptionsprozess und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Desorptionsprozess sind. Folglich nehmen, wenn die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Desorptionsprozess und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Adsorptionsprozess sind, die Schaltventile 43 bis 50 einen Zustand des Öffnens oder Schließens ein, der entgegengesetzt zu dem in 9 ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das durch den Kühler 60 gekühlte Kühlfluid durch die Verdampfapparate 34 und 33 der zweiten Stufe und der ersten Stufe weiter gekühlt und zu den Wärmetauschkanälen 39 und 41 oder 40 und 42 geführt, und so kann die Kühlleistung ähnlich dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel verbessert werden, ohne zu einer größeren Größe zu führen. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass 10 ein Umlaufsystem für ein Kühlfluid, Temperaturen in verschiedenen Bereichen davon und Verdampfungstemperaturen der Kältemittelflüssigkeit an den Verdampfapparaten 33 und 34 zeigt. Ferner ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Umlaufpfad des Kühlfluids insbesondere zu einem einzelnen System geworden, und so ist die Kühlfluid-Rohrleitungskonstruktion weiter vereinfacht, die eine Pumpe 72 genügt, und die Herstellungskosten können weiter reduziert werden.
11 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel gemäß dieser Erfindung. Dieses sechste Ausführungsbeispiel beseitigt ähnlich dem zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel und im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel die Schaltventile 43 bis 50 zum Schalten der Kanäle des Kältemitteldampfes im fünften Ausführungsbeispiel. Das heißt, während eine Vorrichtung gemäß dem oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel einen Verdampfapparat 33 der ersten Stufe zum Versorgen der ersten und zweiten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe und einen Verdampfapparat 34 der zweiten Stufe zum Versorgen der ersten und zweiten Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der zweiten Stufe anordnet, sieht eine Vorrichtung gemäß diesem sechsten Ausführungsbeispiel einen Verdampfapparat 33, 33', 34 oder 34' mit einer Doppelfunktion eines Kondensators zum Versorgen jeweils jeder der mehreren Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 vor.
Mit dieser Vorrichtung sind, wenn die Vierwegeventile FV18 Bis FV20 in einem durch durchgezogene Linien in der Zeichnung dargestellten Zustand sind, die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Adsorptionsprozess und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe im Desorptionsprozess.
Zu diesem Zeitpunkt strömt das Heizfluid nacheinander zu einem Wärmetauschkanal 40 und der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und einem Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe, wodurch das Adsorptionsmittel S der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe geheizt wird, und der vom Adsorptionsmittel S hierdurch desorbierte Kältemitteldampf strömt in die Verdampfapparate 33' und 34'.
Im Gegensatz dazu wird das durch den Kühler 60 gekühlte Kühlfluid durch die Wärmetauscher 56 und 56', die in den zwei Verdampfapparaten 34 bzw. 34' der zweiten Stufe vorgesehen sind, stromgeteilt und das zu einem Wärmetauscher 56' kurzgeschlossene Kühlfluid kondensiert den Kältemitteldampf des Verdampfapparats 34' und strömt danach in einen in dem Verdampfapparat 33' der ersten Stufe vorgesehenen Wärmetauscher 55', kondensiert den Kältemitteldampf des Verdampfapparats 33' und kehrt zum Kühler 60 zurück. Demgemäß wird die durch die jeweiligen Verdampfapparate 33' und 34' kondensierte Kältemittelflüssigkeit den Verdampfapparaten 33 bzw. 34 zugeführt.
Das zu dem anderen Wärmetauscher 56 kurzgeschlossene Kühlfluid wird durch den Verdampfapparat 34 gekühlt und strömt danach weiter in den Wärmetauscher 55 des Verdampfapparats 33 und wird durch den Verdampfapparat 33 gekühlt. Danach wird das Kühlfluid dem Kühler 57 zugeführt, kühlt die in einer Belüftungsleitung einer Klimaanlage strömende Luft schnell ab, strömt anschließend nacheinander zum Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und zum Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe, wodurch das Adsorptionsmittel S der ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe gekühlt wird, und kehrt zum Kühler 60 zurück. Hierdurch adsorbiert das Adsorptionsmittel S der jeweiligen Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 den durch die jeweiligen Verdampfapparate 33 und 34 verdampften Kältemitteldampf.
Falls die Vierwegeventile FV18 bis FV20 zu einem durch gestrichelte Linien in 11 dargestellten Zustand geschaltet worden sind, führen dagegen die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten Stufe und der zweiten Stufe den Desorptionsprozess und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten Stufe und der zweiten Stufe den Adsorptionsprozess durch; das Heizfluid, das Kühlfluid und Durchgangspfade des Wärmetauschmediums sind ähnlich den oben beschriebenen, und daher wird auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
Durch Einsetzen einer derartigen Konstruktion kann auf die gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel gezeigten Schaltventile 43 bis 50, die von großer Größe sein müssen, verzichtet werden.
12 und 13 zeigen ein siebtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Eine Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist so gestaltet, dass ein Kühlfluid-Umlaufpfad aus nur einem System aufgebaut ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist mit drei oder mehr Stufen, zum Beispiel fünf Stufen von Verdampfapparaten 75 bis 79 und fünf Stufen von Adsorptionsvorrichtungen, um den jeweiligen Verdampfapparaten 75 bis 79 in einer 1:1-Beziehung zu entsprechen, versehen und jede Stufe der Adsorptionsvorrichtung ist aus zwei (d.h. einer ersten und einer zweiten) Adsorptionsvorrichtungen 80 bis 89 aufgebaut.
Die mehreren Stufen von Verdampfapparaten 75 bis 79 sind miteinander durch eine Kapillarrohrleitung 74 verbunden, sodass das von einem Kühler 60 zum Verdampfapparat 79 der fünften Stufe zugeführte Kältemittelfluid über die Kapillarrohrleitung 53 nacheinander den vorherigen Stufen von Verdampfapparaten 78, 77, 76 und 75 über die Kapillarrohrleitung 54 zugeführt wird.
Die mehreren Stufen von Verdampfapparaten 75 bis 79 sind mit Wärmetauschern 90 bis 94 versehen. Von diesen ist der Verdampfapparat 75 der ersten Stufe zum Kühlgebrauch eines Außenbereichs, und der Wärmetauscher 90 davon ist in Reihe mit einem Kühler zum Klimagebrauch 57 verbunden. Außerdem werden der Verdampfapparat 76 der zweiten Stufe bis zum Verdampfapparat 78 der vierten Stufe verwendet, um ein Kühlfluid zu erzeugen, um Wärmetauschkanäle 95 bis 100 der jeweiligen Adsorptionsvorrichtungen 80 bis 84 der ersten Stufe bis dritten Stufe, welche die jeweils vorherigen Stufen des Verdampfapparats 76 der zweiten Stufe bis zum Verdampfapparat 78 der vierten Stufe sind, zu versorgen. Der verbleibende Verdampfapparat 79 der fünften Stufe, welcher die letzte Stufe ist, arbeitet mit dem Kühler 60 zusammen und wird benutzt, um ein Kühlfluid zu erzeugen, um Wärmetauschkanäle 101 bis 104 der jeweiligen Adsorptionsvorrichtungen 86 bis 89 der vierten Stufe und der fünften Stufe zu versorgen.
Das heißt, wenn die ersten Adsorptionsvorrichtungen 80, 82, 84, 86 und 88 der ersten Stufe bis fünften Stufe im Adsorptionsprozess sind, führen die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 81, 83, 85, 87 und 89 der ersten Stufe bis fünften Stufe den Desorptionsprozess durch. Zu diesem Zeitpunkt sind mehrere Dreiwegeventile 105 bis 118 und ein Vierwegeventil 119 in einem durch durchgezogene Linien in 12 dargestellten Zustand, das durch den Wärmetauscher 91 des Verdampfapparats 76 der zweiten Stufe gekühlte Kühlfluid zirkuliert zwischen dem Wärmetauschkanal 95 der ersten Adsorptionsvorrichtung 80 der ersten Stufe und dem Wärmetauscher 91, das durch den Wärmetauscher 92 des Verdampfapparats 77 der dritten Stufe gekühlte Kühlfluid zirkuliert zwischen dem Wärmetauschkanal 97 der ersten Adsorptionsvorrichtung 82 der zweiten Stufe und dem Wärmetauscher 92, das durch den Wärmetauscher 93 des Verdampfapparats 78 der vierten Stufe gekühlte Kühlfluid zirkuliert zwischen dem Wärmetauschkanal 99 der ersten Adsorptionsvorrichtung 84 der dritten Stufe und dem Wärmetauscher 93, und das durch den Kühler 60 und den Wärmetauscher 94 des Verdampfapparats 79 der fünften Stufe gekühlte Kühlfluid zirkuliert zwischen dem Wärmetauschkanal 101 der ersten Adsorptionsvorrichtung 86 der vierten Stufe, dem Wärmetauschkanal 103 der ersten Adsorptionsvorrichtung 88 der fünften Stufe, dem Kühler 60 und dem Wärmetauscher 94.
Außerdem wird das Heizfluid in Reihe den Wärmetauschkanälen 96, 98, 100, 102 und 104 der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 81, 83, 85, 87 und 89 der ersten bis fünften Stufe zugeführt.
Wenn die mehreren Dreiwegeventile 105 bis 118 und das Vierwegeventil 119 zu einem durch gestrichelte Linien in 12 dargestellten Zustand geschaltet werden, erhält man einen Zustand, in welchem die ersten Adsorptionsvorrichtungen 80, 82, 84, 86 und 88 der ersten bis fünften Stufe den Desorptionsprozess durchführen und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 81, 83, 85, 87 und 89 der ersten bis fünften Stufe den Adsorptionsprozess durchführen.
Wenn dies stattfindet, zirkuliert das durch den Wärmetauscher 91 des Verdampfapparats 76 der zweiten Stufe gekühlte Kühlfluid zwischen dem Wärmetauschkanal 96 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 81 der ersten Stufe und dem Wärmetauscher 91, das durch den Wärmetauscher 92 des Verdampfapparats 77 der dritten Stufe gekühlte Kühlfluid zirkuliert zwischen dem Wärmetauschkanal 98 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 83 der zweiten Stufe und dem Wärmetauscher 92, das durch den Wärmetauscher 93 des Verdampfapparats 78 der vierten Stufe gekühlte Kühlfluid zirkuliert zwischen dem Wärmetauschkanal 100 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 85 der dritten Stufe und dem Wärmetauscher 93, und das durch den Kühler 60 und den Wärmetauscher 94 des Verdampfapparats 79 der fünften Stufe gekühlte Kühlfluid zirkuliert zwischen dem Wärmetauschkanal 102 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 87 der vierten Stufe, dem Wärmetauschkanal 104 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 89 der fünften Stufe, dem Kühler 60 und dem Wärmetauscher.
Außerdem wird das Heizfluid seriell den Wärmetauschkanälen 95, 97, 99, 101 und 103 der ersten Adsorptionsvorrichtungen 80, 82, 84, 86 und 88 der ersten bis fünften Stufe zugeführt.
Schaltventile 121 bis 140 zum Öffnen und Schließen von Einlässen und Auslässen der mehreren Adsorptionsvorrichtungen 86 bis 95 geben in 12 einen Zustand des Öffnens und Schließens an, in welchem die ersten Adsorptionsvorrichtungen 80, 82, 84, 86 und 88 der ersten bis fünften Stufe den Adsorptionsprozess und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 81, 83, 85, 87 und 89 der ersten bis fünften Stufe den Desorptionsprozess durchführen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Kühlfluid durch den Kühler 60 auf 30°C gekühlt, und außerdem wird ein Unterschied der Verdampfungstemperatur der Kältemittelflüssigkeit zwischen zwei Sätzen von einander benachbarten Verdampfapparaten reduziert, falls die Verdampfungstemperatur der Kältemittelflüssigkeit des Verdampfapparats 75 der ersten Stufe 10°C beträgt.
Hierdurch kühlt zum Beispiel der durch den Verdampfapparat 75 der ersten Stufe auf 10°C verdampfte Kältemitteldampf das Adsorptionsmittel S in den Adsorptionsvorrichtungen 80 und 81 der ersten Stufe mit dem durch den Verdampfapparat 76 der zweiten Stufe bei der Verdampfungstemperatur, welche sich nicht stark von diesen 10°C unterscheidet, gekühlten Kühlfluid. Eine solche Beziehung wird in ähnlicher Weise auch in den Beziehungen des durch die Adsorptionsvorrichtungen 82 und 83 der zweiten Stufe und den Verdampfapparat 77 der dritten Stufe gekühlten Kühlfluids, des durch die Adsorptionsvorrichtungen 84 und 85 der dritten Stufe und den Verdampfapparat 78 der vierten Stufe gekühlten Kühlfluids, und des durch die Adsorptionsvorrichtungen 86 und 87 sowie 88 und 89 der vierten und fünften Stufe, den Kühler 60 und den Verdampfapparat 79 der fünften Stufe gekühlten Kühlfluids eingerichtet. Weil folglich das Adsorptionsmittel S der mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen auf eine noch niedrigere Temperatur gekühlt wird und eine Differenz der Temperatur des Kältemitteldampfes reduziert ist, wird eine größere Menge Kältemittel adsorbiert und eine Schnellkühlkapazität der Adsorptionskühlvorrichtung insgesamt wird weiter verbessert, wie aus 4 verständlich.
Auch sind die Wärmetauschkanäle 101 und 102 der Adsorptionsvorrichtungen 86 und 87 der vierten Stufe und die Wärmetauschkanäle 103 und 104 der Adsorptionsvorrichtungen 88 und 89 der fünften Stufe in Reihe verbunden, und daher sind, obwohl die Adsorptionsvorrichtungen fünf Stufen haben, vier Systeme von Umlaufpfaden für deren Kühlfluid ausreichend, und somit ist eine Rohrleitungskonstruktion vereinfacht. Ferner genügen Pumpen 141 bis 145 zum Senden des Kühlfluids ebenfalls mit nur fünf Einheiten, einschließlich einer für den Kühler zum Klimagebrauch 57, und die Herstellungskosten können auf einem niedrigen Niveau gehalten werden. Der Kühlfluid-Umlaufpfad ist in 13 dargestellt.
14 und 15 zeigen ein achtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Eine Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist so gestaltet, dass die Verdampfapparate 75 und 76 der ersten und zweiten Stufe zum Kühlen eines Außenbereichs und zum Erzeugen eines den Wärmetauschkanälen 95 und 96 der Adsorptionsvorrichtungen 80 und 81 der ersten Stufe zugeführten Kühlfluids verwendet werden, ein Verdampfapparat 79 der fünften Stufe zum Erzeugen des den Wärmetauschkanälen 101 und 102 der Adsorptionsvorrichtungen 86 und 87 einer vierten Stufe, welches die vorherige Stufe ist, zugeführten Kühlfluids verwendet wird, und ein Kühler 60 zum Erzeugen des den Wärmetauschkanälen 103 und 104 der Adsorptionsvorrichtungen 88 und 89 der fünften Stufe zugeführten Kühlfluids verwendet wird.
Demgemäß befinden sich, wenn die ersten Adsorptionsvorrichtungen 80, 82, 84, 86 und 88 der ersten bis fünften Stufe den Adsorptionsprozess und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 81, 83, 85, 87 und 89 der ersten bis fünften Stufe den Desorptionsprozess durchführen, die Vierwegeventile 164 und 160 und die Dreiwegeventile 174 bis 159 in einem durch durchgezogene Linien dargestellten Zustand, und das nacheinander durch die Wärmetauscher 91 und 90 der Verdampfapparate 75 und 76 der ersten und zweiten Stufe gekühlte Kühlfluid zirkuliert zwischen einem Kühler zum Klimagebrauch 57, Wärmetauschkanälen 95 und 97 der ersten Adsorptionsvorrichtungen 80 und 82 der ersten und zweiten Stufe sowie den Wärmetauschern 91 und 90; das durch einen Wärmetauscher 92 eines Verdampfapparats 77 der dritten Stufe gekühlte Kühlfluid wird zwischen einem Wärmetauschkanal 97 der ersten Adsorptionsvorrichtung 82 der zweiten Stufe und dem Wärmetauscher 92 zirkuliert; das durch einen Wärmetauscher 93 eines Verdampfapparats 78 der vierten Stufe gekühlte Kühlfluid wird zwischen einem Wärmetauschkanal 99 der ersten Adsorptionsvorrichtung 84 der dritten Stufe und dem Wärmetauscher 93 zirkuliert; das durch einen Wärmetauscher 94 eines Verdampfapparats 79 der fünften Stufe gekühlte Kühlfluid wird zwischen einem Wärmetauschkanal 101 der ersten Adsorptionsvorrichtung 86 der vierten Stufe und dem Wärmetauscher 94 zirkuliert; und das durch den Kühler 60 gekühlte Kühlfluid wird zwischen einem Wärmetauschkanal 103 der ersten Adsorptionsvorrichtung 88 der fünften Stufe und dem Kühler 60 zirkuliert.
Außerdem wird das Heizfluid seriell den Wärmetauschkanälen 96, 98, 100, 102 und 104 der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 81, 83, 85, 87 und 89 der ersten bis fünften Stufe zugeführt.
Wenn die Dreiwegeventile 146 und 160 und die Vierwegeventile 147 bis 159 in einen durch gestrichelte Linien in der Zeichnung dargestellten Zustand geschaltet werden, erhält man einen Zustand, in welchem die ersten Adsorptionsvorrichtungen 80, 82, 84, 86 und 88 der ersten bis fünften Stufe den Desorptionsprozess und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 81, 83, 85, 87 und 89 der ersten bis fünften Stufe den Adsorptionsprozess durchführen.
Wenn dies stattfindet, zirkuliert das durch die Wärmetauscher 91 und 90 der Verdampfapparate 76 und 75 der zweiten und ersten Stufe gekühlte Kühlfluid zwischen dem Kühler zum Klimagebrauch 57, den Wärmetauschkanälen 96 und 98 der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 81 und 83 der ersten und zweiten Stufe sowie den Wärmetauschern 91 und 90; das durch den Wärmetauscher 92 des Verdampfapparats 77 der dritten Stufe gekühlte Kühlfluid wird zwischen dem Wärmetauschkanal 98 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 83 der zweiten Stufe und dem Wärmetauscher 92 zirkuliert; das durch den Wärmetauscher 93 des Verdampfapparats 78 der vierten Stufe gekühlte Kühlfluid wird zwischen dem Wärmetauschkanal 100 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 85 der dritten Stufe und dem Wärmetauscher 93 zirkuliert; das durch den Wärmetauscher 94 des Verdampfapparats 79 der fünften Stufe gekühlte Kühlfluid wird zwischen dem Wärmetauschkanal 102 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 87 der vierten Stufe und dem Wärmetauscher 94 zirkuliert; und das durch den Kühler 60 gekühlte Kühlfluid wird zwischen dem Wärmetauschkanal 104 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 89 der fünften Stufe und dem Kühler 60 zirkuliert.
Außerdem wird das Heizfluid seriell den Wärmetauschkanälen 95, 97, 99, 101 und 103 der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 80, 82, 84, 86 und 88 der ersten bis fünften Stufe zugeführt.
Wie in 15 dargestellt, sind die Umlaufpfade für das Kühlfluid fünf Systeme, selbst bei der Konstruktion auf diese Weise, und daher genügen Pumpen 161 bis 165 auch mit nur fünf Einheiten, und Effekte ähnlich dem oben beschriebenen siebten Ausführungsbeispiel können erzielt werden.
16 zeigt ein neuntes bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Diese Vorrichtung ordnet mehrere Stufen von Verdampfapparaten 166-1 bis 166-n und Adsorptionsvorrichtungen 167-1 bis 167-n an und verbindet in Reihe einen Kühler 60, Wärmetauscher 168-1 bis 168-n der Stufen von Verdampfapparaten 166-1 bis 166-n sowie einen Kühler zum Klimagebrauch 57, und verbindet gleichzeitig in Reihe Wärmetauschkanäle 169-1 bis 169-n der Stufen von Adsorptionsvorrichtungen 167-1 bis 167-n. Beim Durchführen des Adsorptionsprozesses wird das Heizfluid seriell den Wärmetauschkanälen 169-1 bis 169-n der mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen 167-1 bis 167-n zugeführt. Beim Durchführen des Desorptionsprozesses wird das durch den Kühler 60 gekühlte Kühlfluid nacheinander durch Wärmetauscher von Verdampfapparaten auf der Seite einer früheren Stufe des Wärmetauschers 168-n des Verdampfapparats 166-n der letzten Stufe gekühlt, und zuerst wird der Kühler zum Klimagebrauch 57 durch das von dem Wärmetauscher 168-1 des Verdampfapparats 166-1 der ersten Stufe gekühlt, und danach wird das Kühlfluid rezirkuliert, um von dem Wärmetauschkanal 169-1 der Adsorptionsvorrichtung 167-1 der ersten Stufe zum Wärmetauschkanal der Adsorptionsvorrichtung von nacheinander späteren Stufen zu strömen und zum Kühler 60 zurückgeleitet zu werden.
Wenn die Verdampfapparate und die Adsorptionsvorrichtungen einer Vielzahl von Stufen auf diese Weise vorgesehen sind, wird ein Kühlfluid, das durch den Kühler 60 auf 30°C gekühlt worden ist, verbessert, wenn es in der Zeit, wenn der Wärmetauscher 168-n des Verdampfapparats 166-1 der ersten Stufe erreicht ist, auf 10°C gekühlt ist, und so ist es ausreichend, wenn die Verdampfungstemperatur der Kältemittelflüssigkeit an dem Verdampfapparat 166-n der letzten Stufe etwas geringer als 30°C ist, und danach wird sie mit der Zeit immer weniger, während es sich zu Verdampfapparaten von Fortschreiten früheren Stufen bewegt, und so wird ein Temperaturunterschied zwischen dem an den mehreren Stufen der Adsorptionsvorrichtungen adsorbierten Kältemitteldampf und dem Adsorptionsmittel S weiter reduziert.
Zum Beispiel wird, weil der Kältemitteldampf einer Temperatur etwas niedriger als 30°C durch das Kühlfluid einer Temperatur etwas niedriger als 40°C in der Adsorptionsvorrichtung 167-n der letzten Stufe gekühlt wird, eine Adsorptionsrate von etwa 30% erzielt, wie durch einen Punkt P5 in 4 dargestellt; weil der Kältemitteldampf einer Temperatur etwas niedriger als 10°C durch das Kühlfluid von etwa 20°C an der Adsorptionsvorrichtung 167-1 der ersten Stufe gekühlt wird, wird eine Adsorptionsrate von etwa 28% erzielt, wie durch einen Punkt P6 in 4 dargestellt. Wie aus der obigen Erläuterung verständlich, kann die Kühlkapazität durch Vorsehen von Verdampfapparaten und Adsorptionsvorrichtungen in einer Vielzahl von Stufen weiter erhöht werden.
Außerdem ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Umlaufpfad für das Kühlfluid nur ein System, und somit wird eine Rohrleitungskonstruktion für den Umlaufpfad für das Kühlfluid einfacher, und gleichzeitig ist eine einzelne Pumpe 170 zum Senden des Kühlfluids ausreichend, und eine Reduzierung der Herstellungskosten kann realisiert werden.
Um eine Kompaktheit einer Adsorptionsvorrichtung in den mehreren oben beschriebenen Ausführungsbeispielen zu erzielen, kann es zweckdienlich sein, sich dem Adsorptionsmittel S zuzuwenden.
17 zeigt in einem Fall, wenn Silikagel als Adsorptionsmittel S verwendet worden ist, eine Beziehung zwischen einer Teilchengröße und einer Adsorptionsgeschwindigkeit davon für die Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe und die Adsorptionsvorrichtung der zweiten Stufe. Wie aus 17 verständlich, erhöht sich die Adsorptionsgeschwindigkeit des Adsorptionsmittels S, wenn der Kältemitteldampfdruck (-temperatur) höher wird, selbst bei einer identischen relativen Feuchtigkeit. Im Fall dieser Erfindung, die mit mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen versehen ist, wird die Verdampfungstemperatur (Verdampfungsdruck des Kältemittels) mit fortlaufend späteren Stufen immer höher. Deswegen kann eine Kompaktheit der Adsorptionsvorrichtung durch Reduzieren der Füllmenge des Adsorptionsmittels S in den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen mit immer späteren Stufen von den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen erzielt werden, und außerdem gibt es keine Gefahr des Verlusts der Adsorptionskapazität des Kältemittels durch das Adsorptionsmittel S, selbst wenn eine solche Kompaktheit realisiert wird.
Außerdem wird, weil die Oberfläche je Gewichtseinheit größer wird, wenn die Teilchengröße des Adsorptionsmittels S kleiner wird, die Adsorptionsgeschwindigkeit des Kältemitteldampfes schneller, wie in 17 dargestellt. Jedoch wird die Fähigkeit des Kältemitteldampfes, in die Adsorptionsmittelschicht einzudringen, schlechter, wenn die Teilchengröße kleiner wird. Eine ideale Teilchengröße des Adsorptionsmittels S wird durch Überlagern dieser zwei Bedingungen bestimmt. Hierbei wird, wie oben beschrieben wurde, die Adsorptionsgeschwindigkeit des Adsorptionsmittels S größer, wenn der Verdampfungsdruck des Kältemittels steigt, selbst bei identischer relativer Feuchtigkeit, und somit ist es ausreichend, die Teilchengröße des Adsorptionsmittels in Adsorptionsvorrichtungen von fortlaufend späteren Stufen, wo der Druck des Kältemitteldampfes hoch ist, immer kleiner werden zu lassen.
Angesichts der obigen Erläuterungen ist es ausreichend, die Füllmenge des Adsorptionsmittels S in den mehreren Stufen der Adsorptionsvorrichtungen in immer späteren Stufen zu reduzieren und außerdem die Teilchengröße in Adsorptionsvorrichtungen von fortlaufend späteren Stufen immer kleiner werden zu lassen, ohne eine identische Teilchengröße für die mehreren Stufen für die Adsorptionsvorrichtungen zu verwenden, die Kompaktheit der Adsorptionsvorrichtung kann durch diese Maßnahme realisiert werden, und es gibt keine Möglichkeit, dass die Adsorptionsgeschwindigkeit oder die Adsorptionsmenge des Adsorptionsmittels S dadurch verringert wird.
In einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage kann es Fälle geben, wo es erwünscht ist, in einer Belüftungsleitung geblasene Luft durch einen Kühler zum Klimagebrauch 57 schnell auf etwa 0°C abzukühlen. Zum Beispiel ist es notwendig, um ein Beschlagen der Innenfläche der Windschutzscheibe während des Entfeuchtens und Heizens des Innenraums eines Fahrgastraums im Winter zu verhindern, die Luft schnell auf etwa 0°C abzukühlen und eine Entfeuchtung durchzuführen bis der Kondensationspunkt der gegen die Windschutzscheibe geblasenen klimatisierten Luft etwa gleich der Umgebungslufttemperatur wird.
Um die Luft durch den Kühler zum Klimagebrauch 57 auf diese Weise schnell auf etwa 0°C abzukühlen, muss zum Beispiel in 16 die Verdampfungstemperatur des Kältemittels des Verdampfapparats 166-1 der ersten Stufe zu etwa –5°C gemacht werden. Wenn destilliertes Wasser als Kältemittel verwendet worden ist, gefriert jedoch das Kältemittel bei solch niedrigen Temperaturen. Um dies zu vermeiden, ist es ausreichend, Wasser zu verwenden, dem ein Festwerdepunkt absenkmittel zugegeben worden ist, aber falls die Menge des zugegebenen Festwerdepunktabsenkmittels übermäßig ist, können Probleme wie beispielsweise ein Abfall der Kühlleistung mit einem Mittel auf Alkoholbasis oder eine Korrosion des Umlaufpfades des Kältemittels mit einem salzhaltigen Mittel auftreten.
Diesbezüglich sind zwei mit einem Verdampfapparat, der eine Doppelfunktion als Kondensator hat, verbundene Adsorptionsvorrichtungen in mehreren Stufen vorgesehen, wie beispielsweise bei der für das zweite Ausführungsbeispiel in 5 dargestellten Konstruktion, es wird eine Konstruktion eingesetzt, um das Kältemittel in jeder der mehreren Stufen unabhängig einzuschließen, und von diesen mehreren Stufen wird mit einem Festwerdepunktabsenkmittel versetztes Wasser als Kältemittel in einer erforderlichen Stufe auf einer Seite der vorderen Stufe eingesetzt, d.h. einer Stufe, wo die Verdampfungstemperatur des Kältemittels zu 0°C oder weniger wird. Wenn dies erfolgt ist, befindet sich das Kältemittel mit einem eingemischten Festwerdepunktabsenkmittel nicht in allen Stufen, sondern ist allein auf notwendige Stufen beschränkt, und daher wird ein Problem eines Abfalls der Kühlkapazität auf das größtmögliche Maß vermieden, und gleichzeitig kann ein Bereich, in dem eine Möglichkeit des Auftretens einer Korrosion oder dergleichen existiert, auf einen kleinen Bereich beschränkt werden.
In diesem Fall verwendet eine erforderliche Stufe auf einer Seite der vorderen Stufe eine Substanz auf Alkoholbasis, zum Beispiel Ethanol, als Kältemittel und verwendet Aktivkohle als Adsorptionsmittel S. Ein Gefrieren des Kältemittels kann zuverlässig verhindert werden, weil die Temperatur, bei welcher die Substanz auf Alkoholbasis gefriert, niedrig ist, und weil die Aktivkohle leicht die Substanz auf Alkoholbasis adsorbiert, kann eine kleine Menge des Adsorptionsmittels S eine große Menge der Substanz auf Alkoholbasis adsorbieren und eine Kompaktheit der Adsorptionsvorrichtung kann realisiert werden.
Gemäß dieser Erfindung strömt das Kühlfluid von den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen von einer Adsorptionsvorrichtung mit einer Verdampfungstemperatur auf einer niedrigen Seite zu einem Wärmetauscher einer Adsorptionsvorrichtung mit einer Verdampfungstemperatur auf einer hohen Seite, und somit erhält man eine Wärmetauschkonstruktion eines Gegenströmungstyps. Um die Wärmetauschleistung dieses Gegenströmungs-Wärmetauschers zu verstärken, kann eine Konstruktion wie beispielsweise die eines zehnten Ausführungsbeispiels gemäß dieser Erfindung eingesetzt werden, wie in 18 dargestellt. Die Grundkonstruktion der Kühlvorrichtung gemäß diesem zehnten Ausführungsbeispiel ist identisch zu dem in 9 und 10 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel.
Ein Einlass eines Kühlers 60 und ein Auslass eines Kühlers zum Klimagebrauch 57 sind mit einem Mischbehälter 170 verbunden, und das von dem Kühler 60 und dem Kühler zum Klimagebrauch 57 ausgegebene Kühlfluid wird in diesem Mischbehälter 170 vermischt. Zwei Auslässe sind an diesem Mischbehälter vorgesehen. Ein Auslass ist mit einem Wärmetauscher 56 eines Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe verbunden, welcher der Verdampfapparat der letzten Stufe ist, und der andere Auslass ist mit einer Ansaugöffnung einer Pumpe 72 verbunden.
Im Fall einer derartigen Konstruktion werden das von dem Auslass des Kühlers 60 ausgegebene Kühlfluid und das von dem Auslass des Kühlers zum Klimagebrauch 57 ausgegebene Kühlfluid in dem Mischbehälter 170 vermischt und das Kühlfluid wird nach diesem Vermischen dem Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe zugeführt und wird gleichzeitig einem Wärmetauschkanal 39 einer ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe oder einem Wärmetauschkanal 40 einer zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe zugeführt. Die Wärmetauschleistung kann hierdurch verbessert werden.
Die Kapazität als Kühlvorrichtung wird durch die Menge der absorbierten Wärme des Kühlers zum Klimagebrauch 57 bestimmt und die Menge der absorbierten Wärme Qc davon beträgt: Qc = Gb × Cpb × (Tco – Tci)mit

Gb: = Kühlfluidstrom je Zeiteinheit;
Cpb: = spezifische Wärme des Kühlfluids;
Tci: = Kühlfluidtemperatur am Einlass des Kühlers zum Klimagebrauch 57; und
Tco: = Kühlfluidtemperatur am Auslass des Kühlers zum Klimagebrauch 57.

Ferner beträgt die durch das Adsorptionsmittel S während der Adsorption des Kältemittels abgestrahlte Wärmemenge Qs: Qs = Gb × Cpb × (Texo – Texi)mit

Texi: = Kühlfluidtemperatur an den Einlässen der Wärmetauschkanäle 39 und 40 der Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe; und
Texo: = Kühlfluidtemperatur an den Auslässen der Wärmetauschkanäle 41 und 42 der Adsorptionsvorrichtung der zweiten Stufe.

Weil die abgestrahlte Wärmemenge Qs während der Adsorption und die erforderliche Wärmemenge Qd während der Desorption durch das Adsorptionsmittel S als identisch angenommen werden, gilt Qs = Qd. Demgemäß beträgt ein Wirkungsgrad η des Gegenströmungs-Wärmetauschers: η = Qc/Qd = Qc/Qs = = (Gb × Cpb × [Tco – Tci])/(Gb × Cpb × [Texo – Texi]) = = (Tco – Tci)/(Texo – Texi).
Demgemäß gilt, wie in 10 dargestellt, in einem Fall, wenn der Mischbehälter 170 nicht vorgesehen ist:

– die Kühlfluidtemperatur Tci am Einlass des Kühlers zum Klimagebrauch 57 beträgt 10°C;
– die Kühlfluidtemperatur Tco am Auslass des Kühlers zum Klimagebrauch 57 beträgt 20°C;
– die Kühlfluidtemperatur Texi an den Einlässen der Wärmetauschkanäle 39 und 40 der Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe beträgt 20°C; und
– die Kühlfluidtemperatur Texo an den Auslässen der Wärmetauschkanäle 41 und 42 der Adsorptionsvorrichtung der zweiten Stufe beträgt 40°C, und in einem Fall, wenn der Mischbehälter 170 vorgesehen ist, gilt:
– die Kühlfluidtemperatur Tci am Einlass des Kühlers zum Klimagebrauch 57 beträgt 10°C;
– die Kühlfluidtemperatur Tco am Auslass des Kühlers zum Klimagebrauch 57 beträgt 20°C;
– die Kühlfluidtemperatur Texi an den Einlässen der Wärmetauschkanäle 39 und 40 der Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe beträgt 25°C; und
– die Kühlfluidtemperatur Texo an den Auslässen der Wärmetauschkanäle 41 und 42 der Adsorptionsvorrichtung der zweiten Stufe beträgt 40°C.

Dies kann in der Form einer Tabelle wie nachfolgend gezeigt organisiert werden:
Tabelle I
Diesbezüglich gilt, wenn der Wärmetauschwirkungsgrad für sowohl einen Fall, wenn der Mischbehälter 170 nicht vorgesehen ist, als auch einen Fall, wenn der Mischbehälter 170 vorgesehen ist, berechnet wird, in einem Fall, wenn der Mischbehälter 170 nicht vorgesehen ist: η = (Tco – Tci)/(Texo – Texi) = = (20 – 10)/(40 – 20) = 0,5;und in einem Fall, wenn der Mischbehälter 170 vorgesehen ist: η = (Tco – Tci)/(Texo – Texi) = (20 – 10)/(40 – 25) = 0,666;und es ist selbstverständlich, dass der Wirkungsgrad des Wärmetauschers in dem Fall, wenn der Mischbehälter 170 vorgesehen ist, verbessert ist.
19 zeigt ein elftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß dieser Erfindung. Diese Vorrichtung vermischt das von einem Auslass eines Kühlers 60 ausgegebene Kühlfluid und das von einem Auslass eines Kühlers zum Klimagebrauch 57 ausgegebene Kühlfluid ohne Verwenden eines Mischbehälters 170, und das Kühlfluid nach diesem Vermischen wird einem Wärmetauscher 56 eines Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe zugeführt und wird gleichzeitig einem Wärmetauschkanal 39 einer ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe oder einem Wärmetauschkanal 40 einer zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe zugeführt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Dreiwegeventile 171 und 172 als Vorrichtungen zum Einstellen des Mischungsverhältnisses vorgesehen. Der Auslass des Kühlers zum Klimagebrauch 57 ist mit einem Einlass a des Dreiwegeventils 171 verbunden, und der Auslass des Kühlers 60 ist mit einem Einlass a des Dreiwegeventils 172 verbunden. Demgemäß sind ein Auslass b des Dreiwegeventils 171 und ein Auslass b des Dreiwegeventils 172 in einer Einheit integriert und mit einer Ansaugöffnung einer Pumpe 72 verbunden, und gleichzeitig sind ein weiterer Auslass c des Dreiwegeventils 171 und ein weiterer Auslass c des Dreiwegeventils 172 in einer Einheit integriert und mit dem Wärmetauscher 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe verbunden. Zusätzlich ist eine Pumpe 173 mit der anderen Auslassseite des Dreiwegeventils 171 verbunden.
Gemäß der oben beschriebenen Konstruktion wird das Mischungsverhältnis des Kühlfluids aus dem Kühler 60 und des Kühlfluids aus dem Kühler zum Klimagebrauch 57 verändert und das Gemisch kann dem Wärmetauscher 56 oder dem Wärmetauschkanal 39 oder 40 durch Regeln eines Öffnungsgrades der Auslässe b und c der Dreiwegeventile 171 und 172 zugeführt werden. In diesem Fall können, wenn der Öffnungsgrad der Auslässe b und c der Dreiwegeventile 171 und 172 gleich ist, das Kühlfluid aus dem Kühler 60 und das Kühlfluid aus dem Kühler zum Klimagebrauch 57 mit einem Mischungsverhältnis von jeweils 50% ähnlich dem in 18 gezeigten zehnten Ausführungsbeispiel zugeführt werden. Wenn der Auslass c des Dreiwegeventils 171 und der Auslass c des Dreiwegeventils 172 geschlossen sind, kann man ähnlich dem in 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einen einzelnen Pfad ohne Vermischen erhalten. Wenn der Auslass b des Ventils 171 und der Auslass c des Ventils 172 geschlossen sind, kann das Kühlfluid in zwei jeweils unabhängigen Pfaden strömen, ein Pfad des Kühlers zum Klimagebrauch 57, des Wärmetauschers 56 des Verdampfapparats 34 der zweiten Stufe und eines Wärmetauschers 55 eines Verdampfapparats 33 der ersten Stufe und einen Pfad des Wärmetauschkanals 39 oder 40 der Adsorptionsvorrichtung 35 oder 36 der ersten Stufe, eines Wärmetauschkanals 41 oder 42 einer Adsorptionsvorrichtung 37 oder 38 der zweiten Stufe und des Kühlers zum Klimagebrauch 57.
Ein Schaltbetätigungstakt der Vierwegeventile 73 und 74 zum Kanalschalten in einem Fall, wenn das Kühlfluid und das Heizfluid in Reihe zu den Wärmetauschkanälen der mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen strömen, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 20 beschrieben, wobei eine Kühlvorrichtung gemäß dem in 9 und 10 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel als ein Beispiel genommen wird.
20A zeigt einen Zustand, wenn die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten und zweiten Stufe im Adsorptionsprozess und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten und zweiten Stufe im Desorptionsprozess sind. In diesem Zustand wird das Kühlfluid aus dem Kühler zum Klimagebrauch 57 nacheinander den Wärmetauschkanälen 39 und 41 der ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten und zweiten Stufe zugeführt, und das Motorkühlwasser wird nacheinander den Wärmetauschkanälen 40 und 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten und zweiten Stufe zugeführt.
Zum Schalten der ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten und zweiten Stufe aus diesem Zustand in den Desorptionsprozess zusammen mit dem Schalten der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten und zweiten Stufe in den Adsorptionsprozess wird zuerst, wie in 20B dargestellt, das Vierwegeventil 73 allein betätigt und so geschaltet, dass das Kühlfluid dem Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe zugeführt wird und das Motorkühlwasser dem Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe zugeführt wird.
Daraufhin wird das in den Wärmetauschkanälen 39 und 41 der ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten und zweiten Stufe verbleibende Kühlfluid durch das Motorkühlwasser ausgestoßen und zum Kühler 60 geschickt, und gleichzeitig wird das in dem Wärmetauschkanälen 40 und 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten und zweiten Stufe verbleibende Motorkühlwasser durch das Kühlfluid ausgestoßen und zum Motor geschickt.
Demgemäß wird, wenn ein vorbestimmtes Zeitintervall verstreicht und das in den Wärmetauschkanälen 39 und 41 der ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten und zweiten Stufe verbleibende Kühlfluid und das in den Wärmetauschkanälen 40 und 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten und zweiten Stufe verbleibende Motorkühlwasser ausgegeben sind, auch das Vierwegeventil 74 geschaltet und die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten und zweiten Stufe führen den Desorptionsprozess durch und gleichzeitig führen die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten und zweiten Stufe den Adsorptionsprozess durch.
Auf diese Weise werden das Kühlfluid und das Motorkühlwasser, die gewöhnlich in den Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 bleiben, zum Kühler 60 bzw. zum Motor geschickt, indem der Schaltvorgang des Vierwegeventils 74 gegenüber dem Schaltvorgang des Dreiwegeventils 73 verzögert wird. Diese Verzögerungszeit beim Schaltvorgang des Vierwegeventils 74 bezüglich des Schaltvorgangs des Dreiwegeventils 73 soll als „Zeitverschiebung" bezeichnet werden.
Gemäß einer Vorrichtung dieser Konstruktion strömt jedoch in dem in 20B dargestellten Zustand das Kühlfluid sofort in den Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe, aber weil das Motorkühlwasser, das in dem Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe blieb, in den Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe strömt, kann sich die zweite Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe nicht zum Adsorptionsprozess verschieben.
Analog strömt das Motorkühlwasser sofort in den Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe, aber weil das Kühlfluid, welches im Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe blieb, in den Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe strömt, kann die erste Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe sich nicht zum Desorptionsprozess verschieben. Auf diese Weise treten die Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der zweiten Stufe in einen Zustand ein, in dem während der Zeitverschiebung der Vierwegeventile 73 und 74 weder eine Adsorption noch eine Desorption ausgeführt werden, und eine Kühlkapazität wird nicht länger gezeigt.
Es existiert ein in 21 dargestelltes zwölftes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, um solche Probleme zu lösen. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem fünften Ausführungsbeispiel im Anordnen eines Vierwegeventils 174 als eine Kanalschaltvorrichtung zwischen den Wärmetauschkanälen 39 und 40 der Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe einerseits und den Wärmetauschkanälen 41 und 42 der Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der zweiten Stufe andererseits.
Das heißt, die Auslässe der Wärmetauschkanäle 39 und 40 der Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der ersten Stufe und die Einlässe der Wärmetauschkanäle 41 und 42 der Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der zweiten Stufe sind jeweils mit einem der mehreren Anschlüsse des Vierwegeventils 174 verbunden. Demgemäß werden ein Zustand, in dem der Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe und der Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe verbunden sind und gleichzeitig der Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und der Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe verbunden sind (d.h. ein erster Verbindungszustand), und ein Zustand, in dem der Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35. der ersten Stufe und der Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe verbunden sind und gleichzeitig der Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und der Wärmetauschkanal 41 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe verbunden sind (d.h. ein zweiter Verbindungszustand), durch einen Schaltvorgang des Vierwegeventils 174 geschaltet.
Ein Betriebsmodus der oben beschriebenen Konstruktion wird nachfolgend beschrieben. 20A zeigt einen Zustand, in dem die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten und zweiten Stufe im Adsorptionsprozess und die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten und zweiten Stufe im Desorptionsprozess sind. In diesem Zustand befindet sich das Vierwegeventil 174 im ersten Schaltzustand, das Kühlfluid aus dem Kühler zum Klimagebrauch 57 wird nacheinander den Wärmetauschkanälen 39 und 41 der ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten und zweiten Stufe zugeführt, und das Motorkühlwasser wird den Wärmetauschkanälen 40 und 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten und zweiten Stufe zugeführt.
Um aus diesem Zustand die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten und zweiten Stufe in den Desorptionsprozess gleichzeitig zum Schalten der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten und zweiten Stufe in den Adsorptionsprozess zu schalten, wird zuerst, wie in 20B dargestellt, das Vierwegeventil 73 betätigt und so geschaltet, dass das Kühlfluid dem Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe und das Motorkühlwasser dem Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe zugeführt wird. Synchron zu diesem Schalten des Vierwegeventils 73 gelangt das Vierwegeventil in den zweiten Schaltzustand.
Daraufhin wird das in dem Wärmetauschkanal 39 der ersten Adsorptionsvorrichtung 35 der ersten Stufe verbleibende Kühlfluid durch das Motorkühlwasser ausgestoßen und zum Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe geleitet, und gleichzeitig wird das im Wärmetauschkanal 40 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 36 der ersten Stufe verbleibende Motorkühlwasser durch das Kühlfluid aus dem Kühler zum Klimagebrauch 57 ausgestoßen und dem Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe zugeführt.
Deswegen wird das in dem Wärmetauschkanal 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtung 38 der zweiten Stufe verbleibende Motorkühlwasser durch das Kühlfluid aus dem Wärmetauschkanal 39 ausgestoßen und zum Motor zurückgeleitet, und gleichzeitig wird das im Wärmetauschkanal 41 der ersten Adsorptionsvorrichtung 37 der zweiten Stufe verbleibende Kühlfluid durch das Motorkühlwasser ausgestoßen und zum Kühler geschickt.
Auf diese Weise nehmen die Wärmetauschkanäle 39 bis 42 der mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 einen Zustand ein, in dem die Wärmetauschkanäle der Adsorptionsvorrichtungen mit dem gleichen Ausführungsprozess vor und nach dem Schalten in Reihe verbunden sind, und somit können das Kühlfluid und das Motorkühlwasser, die zum Durchführen des Prozesses nach dem Schalten erforderlich sind, von den Wärmetauschkanälen der anderen Adsorptionsvorrichtungen versorgt werden.
Demgemäß wird, wenn das in den Wärmetauschkanälen 39 und 41 der ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten und zweiten Stufe verbleibende Kühlfluid und das in den Wärmetauschkanälen 40 und 42 der zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten und zweiten Stufe verbleibende Motorkühlwasser ausgestoßen werden, das Vierwegeventil 174 in den zweiten Schaltzustand geschaltet und gleichzeitig dazu wird auch das Vierwegeventil 74 geschaltet und die ersten Adsorptionsvorrichtungen 35 und 37 der ersten und zweiten Stufe führen den Desorptionsprozess durch und gleichzeitig führen die zweiten Adsorptionsvorrichtungen 36 und 38 der ersten und zweiten Stufe den Adsorptionsprozess durch.
Auf diese Weise führen gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wenn die mehreren Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 zwischen dem Desorptionsprozess und dem Adsorptionsprozess geschaltet werden, die Wärmetauschkanäle 39 und 40 der Adsorptionsvorrichtungen 35 und 36 der früheren Stufe das erforderliche Fluid den Adsorptionsvorrichtungen 37 und 38 der späteren Stufe zu, und somit wird die zum Ausstoßen eines in den Wärmetauschkanälen 39 bis 42 der mehreren Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 verbleibenden Fluids erforderliche Zeit äquivalent zu der Zeit zum Ausstoßen des in dem Wärmetauschkanal einer Adsorptionsvorrichtung verbleibenden Fluids, eine Zeitverschiebung beträgt nur etwa die Hälfte jener der Vorrichtung in 20, und die Prozesse können in einer kurzen Zeit geschaltet werden.
Der Gedankengang für diese Reduzierung der Zeitverschiebung des zwölften Ausführungsbeispiels ist nicht ausschließlich auf eine mit zwei Stufe von Adsorptionsvorrichtungen versehene Vorrichtung beschränkt, sondern kann analog auch in einem Fall angewendet werden, bei dem Adsorptionsvorrichtungen in drei Stufen oder in einer größeren Anzahl von Stufen vorgesehen sind. Ein in 22 dargestelltes dreizehntes Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung mit drei Stufen von Adsorptionsvorrichtungen. Durch Verbinden der Wärmetauschkanäle der Adsorptionsvorrichtungen solcher benachbarter Stufen mit einem Vierwegeventil FV kann eine Zeitverschiebung auf die zum Ausstoßen des Fluids aus dem Wärmetauschkanal der Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe benötigte Zeit verkürzt werden.
Diese Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann erweitert oder modifiziert werden, wie nachfolgend beschrieben.
Die Vierwegeventile 61, 62, 68 bis 71, 73 und 74, die Dreiwegeventile 105 bis 119, die Vierwegeventile 146 und 160 und die Dreiwegeventile 147 bis 159 entsprechen Kanalschaltvorrichtungen zum abwechselnden Zuführen des Kühlfluids und des Heizfluids zu den Adsorptionsvorrichtungen, aber diese sind nicht ausschließlich auf Vierwege- oder Dreiwegeventile beschränkt und können in Abhängigkeit von einer Rohrleitungskonstruktion auch eine Kombination von Schaltventilen sein.
Die Schaltventile 43 bis 50 und 121 bis 140 entsprechen Kältemittelkanalschaltvorrichtungen, um Paare von Adsorptionsvorrichtungen mehrerer Stufen wahlweise mit einem Kondensator oder einem Verdampfapparat in Verbindung stehen zu lassen, aber diese können auch Dreiwegeventile oder Vierwegeventile sein.
Die mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen müssen nicht notwendigerweise in Paaren vorgesehen sein und können auch eine Konstruktion sein, bei welcher eine einzelne Adsorptionsvorrichtung abwechselnd eine Adsorption und eine Desorption ausführt.
In 12 können die Wärmetauscher 90 bis 93 der ersten bis vierten Stufe so ausgebildet sein, dass sie in Reihe mit wenigstens benachbarten Wärmetauschern 90 und 91, 91 und 92, 92 und 93, 90 bis 92, 91 bis 93 oder 90 bis 93 verbunden sind, das Kühlfluid in Reihe dem Kühler zum Klimagebrauch 57 und dem Wärmetauscher der Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe zuführen, das Kühlfluid seriell den Wärmetauschkanälen der Adsorptionsvorrichtungen der ersten und zweiten Stufe zuführen, das Kühlfluid seriell den Wärmetauschkanälen der Adsorptionsvorrichtungen der zweiten und dritten Stufe zuführen, das Kühlfluid seriell dem Kühler zum Klimagebrauch 57 und den Wärmetauschkanälen der Adsorptionsvorrichtungen der ersten und zweiten Stufe zuführen oder das Kühlfluid seriell den Wärmetauschkanälen der Adsorptionsvorrichtungen der ersten bis dritten Stufe zuführen.
Ferner können in 12 die Wärmetauscher 91 bis 94 der fünften Stufe so konstruiert sein, dass sie in Reihe mit wenigstens Wärmetauschern 93, 93 und 92 oder 93 bis 91 einer früheren Stufe verbunden sind, das Kühlfluid seriell zu den Wärmetauschkanälen der Adsorptionsvorrichtungen der dritten bis fünften Stufe strömen lassen, das Kühlfluid seriell zu den Wärmetauschkanälen der Adsorptionsvorrichtungen der zweiten bis fünften Stufe strömen lassen oder das Kühlfluid seriell zu den Wärmetauschkanälen der Adsorptionsvorrichtungen der ersten bis fünften Stufe strömen lassen und diese jeweils zum Kühler 60 zurückleiten.
Es können mehrere Kondensatoren 32 vorgesehen sein.
In 5, 8 und 11 sind die zwei in den mehreren Stufen angeordneten Verdampfapparate 33 und 33' sowie 34 und 34' miteinander durch eine Kapillarrohrleitung verbunden, sodass das Kältemittel zirkuliert, aber die Kapillarrohrleitung kann auch weggelassen werden. Der Grund hierfür ist, dass die durch die Verdampfapparate 33, 33', 34 und 34' während der Desorption durch die Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 kondensierte Kältemittelflüssigkeit so wie sie ist in den jeweiligen Verdampfapparaten gesammelt werden kann und die in den Verdampfapparaten 33, 33', 34 und 34' gesammelte Kältemittelflüssigkeit während der Adsorption durch die Adsorptionsvorrichtungen 35 bis 38 verdampft werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen davon unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben worden ist, ist zu beachten, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sein werden. Solche Änderungen und Modifikationen sollen selbstverständlich im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist, enthalten sein.

Claims

Adsorptionskühlvorrichtung (31), mit wenigstens einem Kondensator (32) zum Kondensieren eines Kältemittels; mehreren Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) zum Verdampfen des Kältemittels aus dem Kondensator (32); mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) entsprechend den mehreren Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n), wobei jede der Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) ein Adsorptionsmittel (S) zum Adsorbieren eines in den mehreren Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) verdampften Kältemitteldampfes durch schnelles Abkühlen und zum Desorbieren und Freigeben des Kältemitteldampfes an den Kondensator (32) durch Erwärmen aufweist; einem Wärmetauschkanal (39–42, 95–104, 169-1–169-n) in den Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) zum Empfangen einer Zufuhr eines Kühlfluids und zum Kühlen des Adsorptionsmittels (S); einem Kühler (60) zum schnellen Abkühlen des Fluids aus dem Wärmetauschkanal (39–42, 95–104, 169-1–169-n) wenigstens einer Adsorptionsvorrichtung einer letzten Endstufe (37, 38, 88, 89, 167-n) von den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n); und einer Kühlvorrichtung (57) zum Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen Außenluft und dem durch wenigstens einen Verdampfapparat einer ersten Stufe (33, 33', 75, 166-1) von den mehreren Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) schnell abgekühlten Fluid, wobei die Verdampfapparate (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) weiter zum Erzeugen eines dem Wärmetauschkanal (39, 42, 95-104, 169-1–169-n) wenigstens einer vorherigen Stufe der Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) zuzuführenden Kühlfluids dienen, und wobei die Wärmetauschkanäle (39–42, 95–104, 169-1–169-n) von wenigstens zwei einander benachbarten Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) von den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35-38, 80–89, 167-1–167-n) so in Reihe verbunden sind, dass das Kühlfluid von einem der Wärmetauschkanäle (39–42, 95–104, 169-1–169-n) einer Adsorptionsvorrichtung (35–38, 80–89, 167-1–167-n) einer früheren Stufe zu einem Wärmetauschkanal (39–42, 95–104, 169-1–169-n) einer Adsorptionsvorrichtung (35–38, 80–89, 167-1–167-n) einer späteren Stufe strömt.
Adsorptionskühlvorrichtung (31), mit einem Kondensator (32) zum Kondensieren eines Kältemittels; mehreren Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) zum Verdampfen des Kältemittels aus dem Kondensator (32); mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) entsprechend den Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n), wobei jede der Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) ein Adsorptionsmittel (S) zum Adsorbieren eines in den Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) verdampften Kältemitteldampfes durch schnelles Abkühlen und zum Desorbieren und Freigeben des Kältemitteldampfes an den Kondensator (32) durch Erwärmen aufweist; einem Wärmetauschkanal (39–42, 95–104, 169-1–169-n) in den Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) zum Empfangen einer Zufuhr eines Kühlfluids und zum Kühlen des Adsorptionsmittels (S); einem Kühler (60) zum schnellen Abkühlen des Fluids aus dem Wärmetauschkanal (39–42, 95–104, 169-1–169-n) wenigstens einer Adsorptionsvorrichtung einer letzten Stufe (37, 38, 88, 89, 167-n) aus den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n); und einer Kühlvorrichtung (57) zum Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen Außenluft und dem durch wenigstens einen Verdampfapparat einer ersten Stufe (33, 33', 75, 166-1) von den mehreren Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) schnell abgekühlten Fluid; wobei die Verdampfapparate (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) ferner zum Erzeugen eines dem Wärmetauschkanal (39, 42, 95–104, 169-1–169-n) wenigstens einer früheren Stufe der Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) zuzuführenden Kühlfluids dienen, und wobei die Wärmetauschkanäle (39–42, 95–104, 169-1–169-n) von wenigstens zwei einander benachbarten Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) von den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) so in Reihe verbunden sind, dass das Kühlfluid von einem Verdampfapparat (34, 34') einer späteren Stufe durch einen Verdampfapparat (33, 33') einer früheren Stufe strömt und nacheinander schnell abgekühlt wird.
Adsorptionskühlvorrichtung (31 ), mit einem Kondensator (32) zum Kondensieren eines Kältemittels; mehreren Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) zum Verdampfen des Kältemittels aus dem Kondensator (32); mehreren Wärmetauschern (55, 55', 56, 56', 90–94, 168-1–168-n) in den Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n); und mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) entsprechend den Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n), wobei jede der Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) ein Adsorptionsmittel (S) zum Adsorbieren des in den Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) verdampften Kältemitteldampfes durch schnelles Abkühlen und zum Desorbieren und Freigeben des Kältemitteldampfes an den Kondensator (32) durch Erwärmen aufweist, wobei die Vorrichtung (31) ferner einen Kühler (60) zum Abstrahlen von Wärme nach außen aufweist, der in Reihe mit den Wärmetauschern (55, 55', 56, 56', 90–94, 168-1–168-n) der Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) verbunden ist; und wobei ein Kühlfluid, das im Anschluss an eine Kühlung durch den Kühler (60) nacheinander durch die Wärmetauscher (55, 55', 56, 56', 90–94, 168-1–168-n) von dem Wärmetauscher der letzten Stufe (41, 42, 103, 104, 169-n) zu dem Wärmetauscher der ersten Stufe (39, 40, 95, 96, 169-1) schnell abgekühlt wird, nacheinander seriell über eine Kühlvorrichtung (57) zum schnellen Abkühlen von Außenluft den Wärmetauschkanälen (55, 55', 56, 56', 90–94, 168-1–168-n) von der Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe (35, 36, 80, 81) zu der Adsorptionsvorrichtung der letzten Stufe (37, 38, 88, 89, 167-1) zugeführt wird.
Adsorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher eine Füllmenge des Adsorptionsmittels (S) entlang der späteren Stufe der Adsorptionsvorrichtung (35–38, 80–89, 167-1–167-n) in den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) sinkt.
Adsorptionskühlvorrichtung (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher eine Teilchengröße des Adsorptionsmittels (S) entlang der späteren Stufe der Adsorptionsvorrichtung (35–38, 80–89, 167-1–167-n) von den mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) sinkt.
Adsorptionskühlvorrichtung (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der Kondensator (32) entsprechend den mehreren Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) und Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) so vorgesehen ist, dass ein Umlaufsystem des Kältemittels unabhängig für jede der mehreren Stufen eingerichtet ist; und von dem Kältemittel, das in diesen mehreren Stufen von Kondensatoren (32), Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) und Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) eingeschlossen ist, ein Gefrierpunktabsenkungsmittel in das Kältemittel einer erforderlichen Stufe einer weiteren Stufe untergemischt ist.
Adsorptionskühlvorrichtung (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der Kondensator (32) entsprechend den Stufen von Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) und Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) so vorgesehen ist, dass ein Umlaufsystem des Kältemittels unabhängig für jede der mehreren Stufen eingerichtet ist; und von dem Kältemittel, das in diesen Stufen von Kondensatoren (32), Verdampfapparaten (33, 33', 34, 34', 75–79, 166-1–166-n) und Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) eingeschlossen ist, eine erforderliche Stufe an einer weiteren Stufe eine Substanz auf Alkoholbasis als Kältemittel verwendet und einen Aktivkohlenstoff als Adsorptionsmittel (S), um das Kältemittel zu adsorbieren, verwendet.
Adsorptionskühlvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher das von dem Kühler (60) ausgegebene Kühlfluid und das von der Kühlvorrichtung (57) ausgegebene Kühlfluid gemischt und einem Wärmetauscher des Verdampfapparats der letzten Stufe (34, 79, 166-n) und einem Wärmetauschkanal (39, 40, 95, 96, 169-n) der Adsorptionsvorrichtung der ersten Stufe (35, 36, 80, 81, 167-1) zugeführt werden.
Adsorptionskühlvorrichtung (31) nach Anspruch 3, bei welcher die mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) in Paaren angeordnet sind und die Paare von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) so konstruiert sind, dass sie durch eine Beziehung, bei welcher, wenn eine Vorrichtung in dem Paar eine Adsorption durch das dem Wärmetauschkanal (39–42, 95–104, 169-1–169-n) davon zuzuführenden Kühlfluid durchführt, die andere Vorrichtung in dem Paar durch Heizen des dem Wärmetauschkanal (39–42, 95–104, 169-1–169-n) davon zuzuführenden Fluids eine Desorption durchführt, abwechselnd einen Adsorptionsprozess und einen Desorptionsprozess ausführen; und wenn diese Prozesse gewechselt werden, nachdem die Wärmetauschkanäle (39–42, 95–104, 169-1–169-n) von mehreren Stufen von Adsorptionsvorrichtungen (35–38, 80–89, 167-1–167-n) einen Zustand durchlaufen haben, in dem die Adsorptionsvorrichtungs-Wärmetauschkanäle (39–42, 95–104, 169-1–169-n), in denen ein Ausführungsprozess vor dem Wechseln und ein Ausführungsprozess nach dem Wechseln identisch sind, in Reihe verbunden sind, die Adsorptionsvorrichtungs-Wärmetauschkanäle (39–42, 95–104, 169-1–169-n), in denen nach dem Wechseln ein identischer Prozess ausgeführt wird, in Reihe verbunden werden.