WO2011103873A2 - Heating and/or cooling system - Google Patents

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WO2011103873A2
WO2011103873A2 PCT/DE2011/075031 DE2011075031W WO2011103873A2 WO 2011103873 A2 WO2011103873 A2 WO 2011103873A2 DE 2011075031 W DE2011075031 W DE 2011075031W WO 2011103873 A2 WO2011103873 A2 WO 2011103873A2
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expander
steam
vehicles
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Niels Braunschweig
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Invensor Gmbh
Amovis Gmbh
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    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

Definitions

  • the invention relates to a heating and / or cooling system comprising a steam engine and an adsorption refrigerator and the use of the system for providing heat, cold, electricity, or combinations thereof.
  • a non-negligible amount of waste heat is generated during operation. This is discharged via a drive cooling device with heating of a coolant, usually water, and / or manifests itself in hot exhaust gases which are discharged via a corresponding exhaust gas ejection device.
  • a coolant usually water
  • the electric motor represents a low-emission alternative to the conventional vehicle drive. Not least due to the initiative of the Federal Government to let up to one million electric vehicles roll on German roads by 2020, the number of vehicles powered purely by electricity is steadily increasing. Also, battery technology, often cited in the past as a limiting factor for electromobility, now seems to have reached a level of maturity that promises an acceptable range, at least in urban transport. As a result, purely electric locomotion becomes a real alternative to the vehicle with an internal combustion engine for a growing number of people. Due to the progressive convergence of combustion engine and electrically powered vehicles, the focus is now also on functions off the drive and storage technology, which are taken for granted in the internal combustion engine.
  • the heating of the interior or the cooling is far more than just a comfort function, but according to various studies is an essential aspect of active safety.
  • To maintain the steady state at 8 ° C outdoor and 22 ° C indoor temperature is sufficient heating power of 0 , 5 ... 0.7 kW in recirculation mode.
  • Heating systems where the heat is released by the combustion of fuels potentially have a higher efficiency in heat generation, but require a greater effort in heat distribution.
  • the high temperatures of the transfer medium after combustion e.g. by mixing to tolerable temperatures
  • systems available on the market e.g. commercial parking heaters, often fossil or other carbonaceous fuels. This is not only seen as a flaw in relation to electric vehicles with the otherwise emission-free drive, but leads in certain jurisdictions such. California states that such vehicles are no longer classified as "Zero Emission Vehicles" (ZEV).
  • ZEV Zero Emission Vehicles
  • the problem of cooling / air-conditioning the vehicle interior is analogous to this.
  • the air-conditioning compressor in conventional cars is driven by the internal combustion engine and thus contributes to increased fuel consumption.
  • the additional power taken leads to an increase in engine efficiency, so that the additional fuel consumption is smaller than the drive power increases.
  • the extracted energy significantly reduces the range (up to 30%).
  • the permissible temperature range for individual cells is between 10 ° C and 40 ° C. Below 10 ° C, the internal resistance increases significantly, so that less energy can be removed and, above all, less can be stored. Above a cell temperature of 40 ° C, the aging processes of cell chemistry increase exponentially and lead to irreversible premature loss of capacity. For the conditioning of a whole battery consisting of many individual cells of the delayed or insulated heat transfer from the inside out must be taken into account.
  • Optimal would therefore be a temperature range of 20 ° C to 25 ° C in Operation or loading. From the relatively narrow temperature window, it follows that the battery must be cooled or ventilated even at a high outside temperature in the state, so as not to accelerate the aging process. In addition, particularly low temperatures in the state should also be avoided to ensure the starting ability of the vehicle.
  • Refrigeration machines are described in the prior art which generally serve to heat and / or cool buildings in which, for example, heat is absorbed below the ambient temperature and emitted at a higher temperature
  • the refrigeration machines known in the art are, for example, adsorption refrigeration plants, diffusion absorption refrigeration machines, adsorption refrigeration plants or solid sorption heat pumps and compression refrigeration plants.
  • the systems known from the prior art are usually very large, which on the one hand to the installed refrigeration capacity and on the other hand to the execution of the ad or absorbent material li egt.
  • the adsorption chiller disclosed in the prior art consists of an ad / desorber unit, an evaporator, a condenser and / or a combined evaporator / condenser unit, which are housed in a common container or in separate containers, which are then filled with pipes o ⁇ .
  • the advantage of sorption compared to conventional heat pump technology is that the expiration of the adsorption / desorption solely by the temperature of the sorbent he follows.
  • the container of the adsorption machine can be hermetically sealed and gas-tight.
  • the heat of adsorption and the heat of condensation must be removed from the plant. This is usually done via a flowing heat transfer medium that transports this heat to a heat sink, e.g. to a recooling plant, which releases the heat to the ambient air.
  • a heat sink e.g. to a recooling plant
  • the temperatures and thus the pressures within the adsorption machine would rise and the adsorption process would cease.
  • the efficiency of an adsorption machine can be significantly increased by improved heat transfer, which inevitably improves the efficiency of the system.
  • the invention relates to a heating and / or cooling system comprising a steam engine and an adsorption refrigerator, wherein the steam engine at least a a heat source, b an expander c. a steam generator and / or d a pump and the adsorption chiller at least a. an adsorber / desorber unit, b. an evaporator and a condenser or c. an evaporator / condenser unit, wherein the expander is connected downstream of the steam generator connected to an exhaust path of the heat source and the adsorption chiller is arranged behind the expander and waste heat of the expander, advantageously via the adsorber / desorber unit in particular the condenser
  • Adsorber / desorber unit picks up, the adsorption chiller is connected to a heating and / or cooling circuit.
  • the system can be considered as a system for providing heat, cold or electricity.
  • a heating and / or cooling system for a motor vehicle comprising a steam engine and an adsorption refrigerator, wherein the steam engine is at least a. a heat source, b. an expander c. a steam generator and / or d. a pump and the adsorption chiller at least a. an adsorber / desorber unit, b. an evaporator and a condenser or c.
  • a universally applicable system uses the waste heat of a heat source, which may be, for example, a burner or an internal combustion engine, for a steam engine and an adsorption chiller, and provides heat, cold or power.
  • a heat source refers in particular to a source which generates thermal energy, it also being possible for the thermal energy to be produced as a waste product.
  • the system makes it possible to reduce the size of the system while at the same time increasing the efficiency.
  • the heat of condensation of the steam power process is the driving heat for the desorption process of the adsorption machine.
  • the steam engine has a condenser.
  • the system is particularly capable, for example, of the energy of renewable raw materials, such as biogas, bio-ethanol, u. ⁇ ., Preferably heat, cold, electricity, or to produce combinations thereof.
  • a simple burner supplies a steam circuit, which in a preferred embodiment operates a generator by means of a small expander.
  • the steam engine is coupled via the condenser, which is advantageously a structural unit with the adsorber / desorber unit, with an adsorption system, which in turn generates cooling and / or heat output for the air conditioning of the passenger compartment and / or for the thermal conditioning of the battery when needed can.
  • the steam engine may in a preferred embodiment have a capacitor.
  • the system can advantageously store cold or heat energy virtually loss-free (for example for auxiliary air conditioning or auxiliary heating).
  • a motor vehicle referred to in the context of the invention in particular mechanically driven vehicles, which are advantageously selected from the group comprising electric vehicles, fuel cell vehicles, internal combustion engine vehicles or rail vehicles.
  • the size and power of the system can advantageously be varied depending on the motor vehicle.
  • the vapor pressure machine comprises a burner, a steam generator and an expansion machine (expander) and preferably a condenser. It may be preferable to integrate a pump.
  • the working medium is conveyed in the direction of the steam generator, with the stationary steam state between the steam generator and expander being set as a function of the equilibrium condition between mass flow and heat supply on the one hand and the "displacement volume flow" of the expander on the other side
  • the flow rate of the pump and the variable displacement of the expander both usually adjustable via the respective speed, allow the temperature and pressure downstream of the steam generator to be actively controlled and thus optimally adjusted to the currently prioritized application (electrical power, heating or air conditioning).
  • a burner is in the context of the invention, in particular a device for the conversion of chemical energy into thermal energy.
  • a conventional internal combustion engine may also be referred to as a burner.
  • a gaseous (eg propane, butane or natural gas) or liquid (eg gasoline, diesel fuel, fuel oil, kerosene or petroleum) fuel is burned with (air) oxygen in a continuous reaction with heat release.
  • the hot exhaust gases are passed through an outlet in a heat exchanger of the steam generator, where the thermal energy is used to generate steam.
  • the burner is preferably selected from the group comprising pore burners or surface radiation burners.
  • the burner can be made of silicon carbide fibers with extremely low pollutant emissions, which significantly reduces the environmental impact of exhaust gases in the preferred system.
  • the steam generator is in the context of the invention, in particular a heat exchanger, preferably a pipe loop heat exchanger with cross-countercurrent characteristic or a plate heat exchanger.
  • the steam generator is a heat exchanger, which is preferably exposed to an exhaust gas from a burner.
  • the heat energy contained in the exhaust gas is transferred to a working medium, for example water.
  • the steam engine is operated with an organic fluid.
  • an organic fluid can be used in a steam engine.
  • the fluid is vaporizable and condensable, an organic compound or a mixture of organic compounds and has at least methanol, ethanol, n-propanol, iso- Propanol, dimethyl ether, ethyl methyl ether, diethyl ether or an alkane.
  • At least one of the organic compounds or a compound mixture containing at least ethanol, used in a steam engine causes the steam engine to have a higher efficiency than with water as the working fluid. In addition, such a freeze can be prevented in frost.
  • the drive heat of the steam generator comes from a burner.
  • the drive heat can come from a burner that is supplied from a separate gas cylinder, with possibly renewable raw materials or a fuel tank.
  • the drive heat can also come from the cooling water, waste heat, thermal mass of the engine block of the motor vehicle or exhaust gases.
  • the emerging from the steam generator, hot and compressed steam can then be fed to an expander.
  • the steam is decompressed to a lower pressure level while working.
  • the expander which in the sense of the invention can also be referred to as an expansion machine, can advantageously be an axial piston machine, preferably a swash plate axial expander, for example with inlet slide control and outlet slots.
  • the work done can advantageously be used as an auxiliary drive, via a generator, which is preferably connected to the expander, for electrical energy or in another useful manner.
  • the working fluid is supplied from the expander of an adsorption refrigerator, wherein the thermal energy of the condensation of the working fluid (heat of condensation) is used as drive energy for the desorption of the refrigerant. That is, the working fluid is fed to the adsorber / desorber unit, in particular the condenser-adsorber / desorber unit, where it condenses.
  • the heat exchanger of the adsorber / desorber unit, the condenser / adsorber / desorber unit or any other condenser or heat exchanger present in the adsorption chiller can be used.
  • the other adsorber adsorbs and ensures the evaporation gear in the evaporator.
  • This allows for heat absorption at a desired low temperature level (eg 10 ° C for refrigeration).
  • water is used as the refrigerant in the adsorption refrigerating machine. In this way, an ecologically safe refrigerating machine can be provided.
  • the refrigerant water adsorption / desorption occurs under reduced pressure (0 mbar - 200 mbar or higher).
  • the adsorption chiller is designed as a vacuum container. Further, the adsorption chiller is preferably operated at three temperature levels (eg, 90 °, 40 °, 10 °). This temperature triplet determines the performance of the adsorption chiller. At the medium temperature level, heat must be dissipated to the environment, as with conventional chillers.
  • the adsorption occurring in an adsorption machine describes a physical process in which a gaseous refrigerant (in particular water) attaches to a solid, energy being transferred from the refrigerant to the solid during the addition.
  • the desorption of the refrigerant that is, the dissolution of the refrigerant from the solid, again requires energy.
  • the refrigerant which absorbs heat at low temperature and low pressure and releases heat at a higher temperature and pressure, is selected so that the ad- or desorption is accompanied by an aggregate state change.
  • Preferred adsorbents are substances which are finely porous and consequently have a very large internal surface area.
  • Advantageous materials are activated carbon, alumina, aluminum phosphates, silica-aluminum phosphates, metal-silica-aluminum phosphates, mesostructure silicates, metal-organic frameworks and / or microporous material comprising microporous polymers.
  • Preferred adsorption materials are silica oils or zeolites, which due to their large inner surface have the property of absorbing water extremely well. Both materials are frequently used on a large scale as drying agents (packaging inserts, double glazing) but also in the (petrochemical) industry as catalyst carriers or molecular sieves.
  • the adsorption chiller on a cold and / or heat storage.
  • This makes it possible to use the adsorption machine stored heat and / or cold and use it if necessary.
  • adsorber / desorber and evaporator / condenser are accommodated in connected separate containers, one valve in a connection of the container.
  • the desorbed adsorbent then "sucks" the amount of refrigerant set at the valve to saturation, thus removing the heat of vaporization from the evaporator.
  • there is a cold storage that is rechargeable by desorbing the sorbent when needed.
  • variable displacement pumps are preferably used for conveying the liquid or the gas, since in these the displacement volume to be displaced can be adjusted.
  • a variable speed piston pump can be used.
  • the system heat, electricity and / or cold is performed.
  • the power output depends on the power requirement.
  • the operation depends on the required cooling capacity
  • the system may preferably be used to provide heat, cold, power, or combinations thereof, and may be integrated with electric vehicles and / or conventional vehicles. From a fuel may optionally be generated heat, cold, electricity, or combinations thereof.
  • a simple burner supplies a steam cycle, which preferably operates a generator by means of a small expander.
  • This steam engine is coupled with an adsorption machine, in particular an adsorption chiller, which in turn can generate cooling capacity for the air conditioning of the passenger compartment and / or for thermal conditioning of the battery if necessary (cooling or heating of a battery present in the motor vehicle).
  • the system can also be advantageously used for engine preheating.
  • the adsorption technology has the potential to store cold or heat energy almost loss-free (stationary air conditioning and parking heater).
  • the system in particular the Adsorptionskarltemaschine can also be used as a heat pump, in the heat is received at a low temperature and this is transmitted to a heated system with higher temperature (eg, heating the passenger compartment).
  • the system has numerous advantages for conventional vehicles, including: Electrical / mechanical energy and air conditioning of a vehicle with the aid of exhaust heat
  • Components can be distributed in the vehicle
  • Auxiliary units can be electrified (Package)
  • the following advantages of the system for electric vehicles can be mentioned:
  • Fig. 1 Preferred heating and / or cooling system with waste heat recovery
  • Fig. 2 Preferred heating and / or cooling system with its own burner
  • Fig. 1 shows a preferred heating and / or cooling system with exhaust heat utilization.
  • the connections (lines with arrows) between the individual elements symbolize physical connections, such as: B. pipes.
  • the steam generator is supplied with energy from the exhaust gas flow of a heat source, for example an internal combustion engine.
  • the engine may for example be part of a motor vehicle or a stationary device.
  • the steam provided in the steam generator is expanded in an expander and mechanical power is generated.
  • the subsequent condensation can take place either directly in the adsorption machine in a condenser or as shown in the drawing.
  • the heat of condensation is used as drive heat for the desorption process.
  • this medium is supplied via a tank by means of a pump to the steam generator again.
  • the adsorption machine can deliver its waste heat via a radiator to the ambient air or heat the waste heat for engine (pre) heating into the engine cooling circuit.
  • Fig. 2 shows a preferred heating and / or cooling system with its own burner.
  • Exhaust gases from a burner eg. As a cogeneration plant or a motor vehicle are passed through a connection, for example a pipe system in a steam generator, which uses the thermal energy to generate steam.
  • the steam is subsequently expanded in an expander, whereby mechanical power can be generated.
  • the condensation of the vaporous working fluid may either be carried out in a separate condenser of the steam engine or used for desorption of the refrigerant in the adsorption chiller.
  • the heat of condensation is used as drive heat for the desorption process.
  • this medium is supplied via a tank by means of a pump to the steam generator again.
  • the adsorption machine can deliver its waste heat via a radiator to the ambient air or couple the waste heat to the engine (pre) heating in the engine cooling circuit.

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Abstract

The invention relates to a heating and/or cooling system, comprising a steam engine and an adsorption refrigeration machine.

Description

Heiz- und/oder Kühlsystem  Heating and / or cooling system
Die Erfindung betrifft ein Heiz- und/oder Kühlsystem, umfassend eine Dampfkraftmaschine und eine Adsorptionskältemaschine und die Verwendung des Systems zur Bereitstellung von Wärme, Kälte, Strom, oder Kombinationen hiervon. The invention relates to a heating and / or cooling system comprising a steam engine and an adsorption refrigerator and the use of the system for providing heat, cold, electricity, or combinations thereof.
Der klassische Verbrennungsmotor hat im Laufe seiner Entwicklung einen großen Reifegrad erreicht. Er wird voraussichtlich noch lange die dominante Antriebstechnologie darstellen, auch wenn zukünftige Entwicklungen mehr und mehr der Nachhaltigkeit von Ressourcenquellen bei Konstruktion und Brennstoffen Rechnung tra- gen müssen. Eine Konkurrenz erwächst dem Verbrennungsmotor im Konzept des Elektrofahrzeuges, das im Prinzip genauso alt, jedoch mit vollständig unterschiedlichen Vor- und Nachteilen versehen ist. Einem hoch effizienten, und technisch ausgereiften Antriebsmotor mit wesentlichen Vorteilen im citytypischen Nahverkehr steht ein bis heute nicht befriedigend gelöstes Problem bezüglich Energiespeiche- rung entgegen. The classic combustion engine has reached a high degree of maturity during its development. It is expected to remain the dominant propulsion technology for a long time, although future developments will increasingly need to address the sustainability of resource resources in construction and fuel. A competition arises for the internal combustion engine in the concept of the electric vehicle, which is basically the same age, but with completely different advantages and disadvantages. A highly efficient and technically sophisticated drive engine with significant advantages in city-typical local traffic is counteracted by an unsatisfactorily solved problem with regard to energy storage.
In Antriebseinrichtungen von Fahrzeugen, insbesondere auch den Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, entsteht während des Betriebs eine nicht vernachlässigbare Menge an Abwärme. Diese wird über eine Antriebskühleinrichtung unter Erwärmung eines Kühlmittels, meist Wasser, abgeführt und/oder äußert sich in hei- ßen Abgasen, die über eine entsprechende Abgasausstoßeinrichtung abgeführt werden. In drive devices of vehicles, in particular also the internal combustion engines of motor vehicles, a non-negligible amount of waste heat is generated during operation. This is discharged via a drive cooling device with heating of a coolant, usually water, and / or manifests itself in hot exhaust gases which are discharged via a corresponding exhaust gas ejection device.
Bei einem PKW mit konventionellem Antrieb wird Wärmeenergie über das Kühlwasser aus der Motorabwärme entnommen, doch bei modernen Verbrennungsmotoren, vor allem bei Dieselmotoren, reicht die abgegebene Wärmeleistung oft nicht mehr aus, um bei großen Temperaturdifferenzen (z.B. 8°C außen, 22°C innen gewünscht) den Innenraum schnell aufzuheizen, bevor die fehlende Wärme zur Beeinträchtigung des Fahrers führt. Die mittlere erforderliche Heizleistung aktueller Fahrzeuge z. B. der Golf-Klasse liegt bei 3,5 kW, die auch heute schon teilweise durch elektrische Zuheizer erzeugt wird. Dieses Vorgehen ist für Fahrzeuge mit Verbrennungs- motor sehr praktikabel, weil der Systemumfang gering ist und die Wärme direkt an der zu heizenden Stelle erzeugt werden kann. Die Heizelemente zeichnen sich aber, bei Berücksichtigung der Wirkungsgradkette zur Wandlung des Brennstoffs in elektrische Energie, durch einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad aus. Die benötigte elektrische Energie wird hierbei über den Generator vom Verbrennungsmotor bereit gestellt, was ebenfalls die Abwärmemenge erhöht und insgesamt zu einem zufriedenstellenden Aufheizverhalten führt. In a car with a conventional drive, heat energy is taken from the engine waste heat via the cooling water, but in modern internal combustion engines, especially in diesel engines, the heat output is often no longer sufficient to large temperature differences (eg 8 ° C outside, 22 ° C inside desired) to heat the interior quickly before the lack of heat leads to impairment of the driver. The average required heating power of current vehicles z. B. the Golf class is 3.5 kW, which is already partially produced today by electric heaters. This procedure is very practicable for vehicles with internal combustion engines because the system size is small and the heat can be generated directly at the point to be heated. The heating elements are distinguished but, taking into account the efficiency chain for converting the fuel into electrical energy, by a relatively low efficiency. The required electrical energy is provided by the generator from the internal combustion engine, which also increases the amount of waste heat and leads to a satisfactory overall heating behavior.
Der Elektromotor stellt eine emissionsarme Alternative zu dem konventionellen Fahrzeugantrieb dar. Nicht zuletzt durch die Initiative der Bundesregierung, bis zum Jahr 2020 bis zu einer Million Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen rollen zu lassen, nimmt die Zahl der rein elektrisch angetriebenen Fahrzeuge stetig zu. Auch scheint die Batterietechnologie, in der Vergangenheit häufig als beschränkender Faktor für die Elektromobilität angeführt, mittlerweile einen Reifegrad erreicht zu haben, der zumindest im innerstädtischen Verkehr eine akzeptable Reichweite verspricht. Dadurch wird die rein elektrische Fortbewegung für einen immer größer werdenden Personenkreis zu einer echten Alternative zum Fahrzeug mit Verbren- nungsmotor. Durch die fortschreitende Angleichung von verbrennungsmotorisch und elektrisch angetriebenen Fahrzeugen richtet sich der Fokus nun auch auf Funktionen abseits der Antriebs- und Speichertechnologie, die beim Verbrennungsmotor als selbstverständlich gelten. The electric motor represents a low-emission alternative to the conventional vehicle drive. Not least due to the initiative of the Federal Government to let up to one million electric vehicles roll on German roads by 2020, the number of vehicles powered purely by electricity is steadily increasing. Also, battery technology, often cited in the past as a limiting factor for electromobility, now seems to have reached a level of maturity that promises an acceptable range, at least in urban transport. As a result, purely electric locomotion becomes a real alternative to the vehicle with an internal combustion engine for a growing number of people. Due to the progressive convergence of combustion engine and electrically powered vehicles, the focus is now also on functions off the drive and storage technology, which are taken for granted in the internal combustion engine.
Auch das Beheizen des Innenraums respektive das Kühlen ist weit mehr als nur eine Komfortfunktion, sondern stellt nach Aussage verschiedener Studien einen wesentlichen Aspekt der aktiven Sicherheit dar. Um den Beharrungszustand bei 8°C Außen- und 22°C Innenraumtemperatur beizubehalten genügt eine Heizleistung von 0,5...0,7 kW im Umluftbetrieb. The heating of the interior or the cooling is far more than just a comfort function, but according to various studies is an essential aspect of active safety. To maintain the steady state at 8 ° C outdoor and 22 ° C indoor temperature is sufficient heating power of 0 , 5 ... 0.7 kW in recirculation mode.
Bei Fahrzeugen mit rein elektrischem Antrieb, dessen Motor einen deutlich höheren Wirkungsgrad aufweist, fällt die Abwärme noch geringer aus. Sind es bei gefahrenen 100 km/h noch ca. 4 kW Abwärmeleistung, fallen bei konstanten 50 km/h gerade noch 0,4...0,5 kW Wärmeleistung an, die prinzipiell als Wärmequelle zu Verfügung stehen. Das bedeutet, dass im innerstädtischen Verkehr, der voraussichtlich die Hauptanwendung für Elektrofahrzeuge darstellen wird, noch nicht einmal die Wärmeleistung für den Beharrungszustand durch die Abwärme des Motors abgedeckt werden kann. Elektrische Heizelemente müssten hierbei deutlich größer dimensioniert werden (bis 12 kW Heizleitung), was nur schwer bis gar nicht zu reali- sieren ist. Die zusätzliche Entnahme von elektrischer Energie aus der Traktionsbatterie reduziert die Reichweite von Elektrofahrzeugen erheblich (bis zu 40%). In vehicles with purely electric drive, the engine has a much higher efficiency, the waste heat is even lower. If there is still approx. 4 kW of waste heat output at a driven speed of 100 km / h, at a constant speed of 50 km / h just 0.4 ... 0.5 kW heat output arrives, which in principle is available as a heat source. This means that in city traffic, which is likely to be the main application for electric vehicles, not even the heat output for the steady state can be covered by the waste heat of the engine. Electric heating elements would have to be dimensioned much larger (up to 12 kW heating cable), which is difficult or even impossible to realize. is. The additional removal of electrical energy from the traction battery significantly reduces the range of electric vehicles (up to 40%).
Heizsysteme, bei denen die Wärme durch die Verbrennung von Brennstoffen freigesetzt wird, haben potentiell einen höheren Wirkungsgrad bei der Wärmeerzeugung, erfordern aber einen größeren Aufwand bei der Wärmeverteilung. Zum einen müssen die hohen Temperaturen des Übertragungsmediums nach der Verbrennung z.B. durch Mischen auf erträgliche Temperaturen gesenkt werden, und zum anderen verwenden am Markt verfügbare Systeme, wie z.B. handelsübliche Standheizungen, häufig fossile oder andere kohlenstoffhaltige Brennstoffe. Das wird in Bezug auf Elektrofahrzeuge mit dem sonst emissionsfreien Antrieb nicht nur als Makel angesehen, sondern führt in bestimmten Gesetzesräumen wie z.B. Kalifornien dazu, dass solche Fahrzeuge nicht mehr als„Zero Emission Vehicle" (ZEV) eingestuft werden. Heating systems where the heat is released by the combustion of fuels potentially have a higher efficiency in heat generation, but require a greater effort in heat distribution. First, the high temperatures of the transfer medium after combustion, e.g. by mixing to tolerable temperatures, and secondly, systems available on the market, e.g. commercial parking heaters, often fossil or other carbonaceous fuels. This is not only seen as a flaw in relation to electric vehicles with the otherwise emission-free drive, but leads in certain jurisdictions such. California states that such vehicles are no longer classified as "Zero Emission Vehicles" (ZEV).
Analog dazu stellt sich das Problem der Kühlung / Klimatisierung des Fahrzeugin- nenraums dar. Der Klimakompressor wird bei konventionellen PKW vom Verbrennungsmotor angetrieben und trägt so zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch bei. Im Teillastbetrieb führt die zusätzlich entnommene Leistung aber zu einer Erhöhung des Motorwirkungsgrades, so dass der zusätzliche Kraftstoffverbrauch kleiner ausfällt als die Antriebsenergie zunimmt. Im Elektrofahrzeug mit einem zwangsläufig elektrisch angetriebenen Klimakompressor reduziert die entnommene Energie dagegen deutlich die Reichweite (bis zu 30%). The problem of cooling / air-conditioning the vehicle interior is analogous to this. The air-conditioning compressor in conventional cars is driven by the internal combustion engine and thus contributes to increased fuel consumption. In partial load operation, however, the additional power taken leads to an increase in engine efficiency, so that the additional fuel consumption is smaller than the drive power increases. In the electric vehicle with an inevitably electrically driven air conditioning compressor, the extracted energy significantly reduces the range (up to 30%).
Außerdem wird es nach derzeitigem Stand erforderlich sein, die Traktionsbatterie beim Laden und im Betrieb innerhalb eines schmalen Temperaturfensters zu kondi- tionieren, was das Vorhandensein einer dynamisch adaptierbaren Wärmequelle und -senke erforderlich macht. Für die aktuelle Generation von Lithium-Ionen Batterien liegt der zulässige Temperaturbereich für einzelne Zellen zwischen 10°C und 40°C. Unterhalb von 10°C steigt der Innenwiderstand deutlich an, so dass weniger Energie entnommen und vor allem weniger gespeichert werden kann. Oberhalb einer Zelltemperatur von 40°C nehmen die Alterungsprozesse der Zellchemie exponen- tiell zu und führen zu einem irreversiblen vorzeitigen Kapazitätsverlust. Für die Konditionierung einer ganzen Batterie bestehend aus vielen Einzelzellen muss der verzögerten bzw. gedämmten Wärmeübertragung von innen nach außen Rechnung getragen werden. Optimal wäre daher ein Temperaturbereich von 20°C bis 25°C im Betrieb bzw. beim Laden. Aus dem relativ engen Temperaturfenster folgt, dass die Batterie bei hohen Außentemperaturen auch im Stand gekühlt oder belüftet werden muss, um den Alterungsprozess nicht zu beschleunigen. Außerdem sollten besonders tiefe Temperaturen im Stand ebenfalls vermieden werden, um die Startfähigkeit des Fahrzeugs zu gewährleisten. In addition, it will be required at the present time to condition the traction battery during charging and operation within a narrow temperature window, which requires the presence of a dynamically adaptable heat source and sink. For the current generation of lithium-ion batteries, the permissible temperature range for individual cells is between 10 ° C and 40 ° C. Below 10 ° C, the internal resistance increases significantly, so that less energy can be removed and, above all, less can be stored. Above a cell temperature of 40 ° C, the aging processes of cell chemistry increase exponentially and lead to irreversible premature loss of capacity. For the conditioning of a whole battery consisting of many individual cells of the delayed or insulated heat transfer from the inside out must be taken into account. Optimal would therefore be a temperature range of 20 ° C to 25 ° C in Operation or loading. From the relatively narrow temperature window, it follows that the battery must be cooled or ventilated even at a high outside temperature in the state, so as not to accelerate the aging process. In addition, particularly low temperatures in the state should also be avoided to ensure the starting ability of the vehicle.
Dass ein Elektrofahrzeug ohne eine Heizung einer breiten Masse zugänglich gemacht wird, ist aus den eingangs angeführten Gründen ausgeschlossen. Somit wird also abzuwägen sein, ob die Bereitstellung von Heizenergie die Fahrleistungen, insbesondere die Reichweite beeinträchtigen oder aber das Fahrzeug den Status „Zero Emission Vehicle" verlieren soll. Zudem gilt zu überlegen, ob bei den derzeitigen Lithium-Ionen-Batteriepreisen von 1000€/kWh (angestrebt 300€/kWh bis 2020), die Batterie ein ökonomisch sinnvoller Energiespeicher zur Versorgung der Fahrzeugklimatisierung ist. The fact that an electric vehicle without a heater is made available to a large mass, is excluded for the reasons stated above. Thus, it will have to be considered whether the provision of heating energy should impair the driving performance, especially the range, or that the vehicle should lose the status of "Zero Emission Vehicle." In addition, it must be considered whether the existing lithium-ion battery prices of € 1000 / kWh (targeted € 300 / kWh by 2020), the battery is an economically sensible energy storage for the supply of vehicle air conditioning.
Derzeit sind nur wenige vollständig alltagstaugliche, batterie-elektrische Fahrzeuge auf dem Markt frei verfügbar (z.B. Tesla-Roadster). Die aus großen Feldversuchen bekannten Vertreter„Mini-E" und„Smart-BEV" (Battery-electric-vehicle) stellen lediglich Adaptionen existierender Fahrzeuge mit konventionellem Antrieb dar. Somit kann die dort eingesetzte Technik, Luftkühlung für die Batterie, Luft-Wasser- Wärmetauscher mit elektrischem Gebläse für den Elektromotor, elektrisch angetrie- bener Klimakompressor und Widerstand-Heizelemente für die Innenraumluft, nicht als repräsentativ für die kommende Generation von ausschließlich als BEV entwickelten Fahrzeugen gelten. Aber der Blick zur artverwandten Gattung der Hybridfahrzeuge, von denen es bereits deutlich mehr Modelle über einen längeren Zeitraum gibt, verrät, dass von der aufgezählten Technik zwar verschiedene Varianten ausgeführt sind, aber kaum alternative Konzepte verfolgt werden. Auch bei den Fahrzeugen mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb findet sich die Monokultur der Widerstandsheizer und Zusatzlüfter, die durch die ursprüngliche Verwendung in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor extrem kostengünstig produziert werden können, so dass letztendlich doch die Aussage erlaubt sein muss, dass dies die zu er- wartende Vorgehensweise bei den zukünftigen BEV sein wird. In den vergangenen zwei Jahren gab es lediglich zwei nennenswerte Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Heizung, Kühlung und Klimatisierung von Fahrzeugen mit alternativem Antrieb, bei denen unter anderem auch die Verwendung von Adsorptionskältemaschi- nen diskutiert wurde. Im Bereich der Nutzfahrzeuge für den Fernverkehr haben sich ein paar Systeme mit Eis- oder Kaltwasserspeichern etabliert. Diese sind allerdings nur für eine Standklimatisierung der Fahrerkabine ausgelegt und müsse während der Fahrt über einen konventionellen Klimakompressor„beladen" werden. Im Stand der Technik sind Kältemaschinen beschrieben, die im Allgemeinen der Beheizung und/oder der Kühlung von Gebäuden dienen. Kältemaschinen realisieren thermodynamische Kreisprozesse, bei denen beispielsweise Wärme unterhalb der Umgebungstemperatur aufgenommen und bei einer höheren Temperatur abgegeben wird. Die thermodynamischen Kreisprozesse ähneln denen einer Wärmepum- pe. Im Stand der Technik bekannte Kältemaschinen sind z. B. Adsorptionskälteanlagen, Diffusions- Absorptionskältemaschinen, Adsorptionskälteanlagen beziehungsweise Feststoffsorptionswärmepumpen sowie Kompressionskälteanlagen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen sind in der Regel sehr groß, was einerseits an der installierten Kälteleistung und andererseits an der Ausführung des ad- oder absorbierenden Materials liegt. At present, only a few fully everyday battery-electric vehicles are freely available on the market (eg Tesla Roadster). The "Mini-E" and "Smart-BEV" (battery-electric-vehicle) representatives known from large field trials merely represent adaptations of existing vehicles with conventional propulsion. Thus, the technology used there, air cooling for the battery, air-water Heat exchangers with electric fan for the electric motor, electrically driven air conditioning compressor and resistance heating elements for indoor air, not as representative of the next generation of vehicles exclusively designed as BEV. But a look at the related genus of hybrid vehicles, of which there are already significantly more models over a longer period of time, reveals that although there are different variants of the enumerated technology, but hardly alternative concepts are pursued. Even with the vehicles with hydrogen fuel cell drive, there is the monoculture of the resistance heaters and additional fans, which can be produced extremely inexpensively by the original use in vehicles with internal combustion engine, so that ultimately the statement must be allowed that this is the expected procedure will be at the future BEV. In the past two years, there have only been two significant research projects in the field of heating, cooling and air conditioning of alternative drive vehicles, including the use of adsorption chillers. was discussed. In the field of commercial vehicles for long-distance transport, a few systems with ice or cold water storage have been established. However, these are only designed for stationary air conditioning of the driver's cab and have to be "loaded" while driving via a conventional air conditioning compressor. <br/><br/> Refrigeration machines are described in the prior art which generally serve to heat and / or cool buildings in which, for example, heat is absorbed below the ambient temperature and emitted at a higher temperature The refrigeration machines known in the art are, for example, adsorption refrigeration plants, diffusion absorption refrigeration machines, adsorption refrigeration plants or solid sorption heat pumps and compression refrigeration plants. The systems known from the prior art are usually very large, which on the one hand to the installed refrigeration capacity and on the other hand to the execution of the ad or absorbent material li egt.
Technische Kälteerzeugung basiert in der Regel auf der Verdampfung eines Kältemittels (Analogie: Verdunstungskälte). Konventionelle elektrische Kompressionskältemaschinen erreichen dies mittels einer Verdichtung (Druckerhöhung) und Entspannung (Druckabsenkung) des Kältemittels durch einen mechanischen Kompres- sionsvorgang. Bei Adsorptionskältemaschinen (AdKM) spricht man dagegen von einer thermischen Verdichtung. Dies geschieht im Falle der Adsorption mittels Trocknung (Desorption) eines Adsorptionsmaterials durch Wärmezufuhr. Ist das Adsorptionsmaterial getrocknet und wieder abgekühlt, beginnt es das Kältemittel aufzusaugen (Adsorption). Dadurch kommt es zu einer Druckabsenkung und somit zur Verdampfung des Kältemittels analog zur Kompressionskältemaschine. Technical refrigeration is usually based on the evaporation of a refrigerant (analogy: evaporative cooling). Conventional electric compression refrigerators achieve this by means of a compression (pressure increase) and relaxation (pressure reduction) of the refrigerant by a mechanical compression process. In the case of adsorption chillers (AdKM), however, this is referred to as thermal compression. This is done in the case of adsorption by drying (desorption) of an adsorption material by heat. Once the adsorption material has dried and cooled again, it begins to absorb the refrigerant (adsorption). This leads to a reduction in pressure and thus to the evaporation of the refrigerant analogous to the compression refrigeration machine.
Die im Stand der Technik offenbarte Adsorptionskältemaschine besteht aus einer Ad-/Desorber-Einheit, einem Verdampfer, einem Kondensator und/oder einer kombinierten Verdampfer/Kondensator-Einheit, die in einem gemeinsamen Behälter oder in getrennten Behältern untergebracht sind, welche dann mit Rohren o. ä. für die Kältemittelströmung miteinander verbunden sind. Der Vorteil der Sorptionmaschinen gegenüber konventioneller Wärmepumpentechnik liegt darin, dass der Ablauf der Adsorption/Desorption allein durch die Temperierung des Sorptionsmittels erfolgt. Somit kann der Behälter der Adsorptionsmaschine hermetisch und gasdicht abgeschlossen sein. The adsorption chiller disclosed in the prior art consists of an ad / desorber unit, an evaporator, a condenser and / or a combined evaporator / condenser unit, which are housed in a common container or in separate containers, which are then filled with pipes o Ä. Are connected to each other for the flow of refrigerant. The advantage of sorption compared to conventional heat pump technology is that the expiration of the adsorption / desorption solely by the temperature of the sorbent he follows. Thus, the container of the adsorption machine can be hermetically sealed and gas-tight.
Im Prozess der Adsorptionsmaschine muss die Adsorptionswärme und die Kondensationswärme aus der Anlage abgeführt werden. Dies geschieht in der Regel über ein strömendes Wärmeträgermedium, das diese Wärme zu einer Wärmesenke transportiert, z.B. zu einem Rückkühlwerk, welches die Wärme an die Umgebungsluft abgibt. Wird jedoch die Adsorptionswärme und/oder die Kondensationswärme nicht bzw. schlecht abgeführt, würden die Temperaturen und damit die Drücke innerhalb der Adsorptionsmaschine steigen und der Adsorptionsprozess käme zum Erliegen. Somit kann der Wirkungsgrad einer Adsorptionsmaschine durch eine verbesserte Wärmeübertragung erheblich erhöht werden, was zwangsläufig auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage verbessert. In the process of adsorption, the heat of adsorption and the heat of condensation must be removed from the plant. This is usually done via a flowing heat transfer medium that transports this heat to a heat sink, e.g. to a recooling plant, which releases the heat to the ambient air. However, if the heat of adsorption and / or the heat of condensation is dissipated or poorly dissipated, the temperatures and thus the pressures within the adsorption machine would rise and the adsorption process would cease. Thus, the efficiency of an adsorption machine can be significantly increased by improved heat transfer, which inevitably improves the efficiency of the system.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System bereitzustellen, das nicht die Nachteile oder Mängel der im Stand der Technik beschriebenen Systeme aufweist. Starting from this prior art, it is the object of the present invention to provide a system which does not have the disadvantages or deficiencies of the systems described in the prior art.
Gelöst wird die Aufgabe durch den unabhängigen Anspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The task is solved by the independent claim. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
Die Erfindung betrifft ein Heiz- und/oder Kühlsystem, umfassend eine Dampfkraftmaschine und eine Adsorptionskältemaschine, wobei die Dampfkraftmaschine min- destens a eine Wärmequelle, b einen Expander c. einen Dampferzeuger und/oder d eine Pumpe und die Adsorptionskältemaschine mindestens a. eine Adsorber/Desorber-Einheit, b. einen Verdampfer und einen Kondensator oder c. eine Verdampfer/Kondensator-Einheit umfasst, wobei der Expander dem an einen Abgaspfad der Wärmequelle angeschlossenen Dampferzeuger nachgeschaltet ist und die Adsorptionskältemaschine hinter dem Expander angeordnet ist und Abwärme des Expanders, vorteilhafterwei- se über die Adsorber/Desorber-Einheit insbesondere die Kondensator-The invention relates to a heating and / or cooling system comprising a steam engine and an adsorption refrigerator, wherein the steam engine at least a a heat source, b an expander c. a steam generator and / or d a pump and the adsorption chiller at least a. an adsorber / desorber unit, b. an evaporator and a condenser or c. an evaporator / condenser unit, wherein the expander is connected downstream of the steam generator connected to an exhaust path of the heat source and the adsorption chiller is arranged behind the expander and waste heat of the expander, advantageously via the adsorber / desorber unit in particular the condenser
Adsorber/Desorber-Einheit abgreift, wobei die Adsorptionskältemaschine an einen Heiz- und/oder Kühlkreislauf angeschlossen ist. Das System kann überraschenderweise als System zur Bereitstellung von Wärme, Kälte oder Strom angesehen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Heiz- und/oder Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend eine Dampfkraftmaschine und eine Adsorptionskältemaschine, wobei die Dampfkraftmaschine mindestens a. eine Wärmequelle, b. einen Expander c. einen Dampferzeuger und/oder d. eine Pumpe und die Adsorptionskältemaschine mindestens a. eine Adsorber/Desorber-Einheit, b. einen Verdampfer und einen Kondensator oder c. eine Verdampfer/Kondensator-Einheit umfasst, wobei der Expander dem an einen Abgaspfad der Wärmequelle angeschlossenen Dampferzeuger nachgeschaltet ist und die Adsorptionskältemaschine hinter dem Expander angeordnet ist und Abwärme des Expanders vorteilhafterweise über die Adsorber/Desorber-Einheit insbesondere die Kondensator- Adsorber/Desorber-Einheit abgreift, wobei die Adsorptionskältemaschine an einen Heiz- und/oder Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges angeschlossen ist. Es war völlig überraschend, dass ein Heiz- und/oder Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt werden, dass nicht die Nachteile oder Mängel des Stands der Technik auf- weist. Es wird ein universell einsetzbares System offenbart, dass die Abwärme einer Wärmequelle, die beispielsweise ein Brenner oder ein Verbrennungsmotor sein kann, für eine Dampfkraftmaschine und eine Adsorptionskältemaschine verwendet und Wärme, Kälte oder Strom bereitstellt. Im Sinne der Erfindung bezeichnet eine Wärmequelle insbesondere eine, thermische Energie erzeugende Quelle, wobei die thermische Energie auch als Abfallprodukt anfallen kann. Durch das System ist eine Reduzierung der Anlagengröße bei gleichzeitiger Wirkungsgradsteigerung möglich. Vorteilhafterweise ist die Kondensationswärme des Dampfkraftprozesses die Antriebswärme für den Desorptionsprozess der Adsorptionsmaschine. In einer bevor- zugten Ausführungsform weist die Dampfkraftmaschine einen Kondensator auf. Adsorber / desorber unit picks up, the adsorption chiller is connected to a heating and / or cooling circuit. Surprisingly, the system can be considered as a system for providing heat, cold or electricity. In a preferred embodiment, there is provided a heating and / or cooling system for a motor vehicle, comprising a steam engine and an adsorption refrigerator, wherein the steam engine is at least a. a heat source, b. an expander c. a steam generator and / or d. a pump and the adsorption chiller at least a. an adsorber / desorber unit, b. an evaporator and a condenser or c. comprises an evaporator / condenser unit, wherein the expander is connected downstream of the steam generator connected to an exhaust path of the heat source and the Adsorptionskältemaschine is located behind the expander and waste heat of the expander advantageously via the adsorber / desorber unit, in particular the condenser adsorber / desorber unit picks up, wherein the adsorption chiller is connected to a heating and / or cooling circuit of the motor vehicle. It was completely surprising to provide a heating and / or cooling system for a motor vehicle that does not have the disadvantages or deficiencies of the prior art. has. A universally applicable system is disclosed that uses the waste heat of a heat source, which may be, for example, a burner or an internal combustion engine, for a steam engine and an adsorption chiller, and provides heat, cold or power. For the purposes of the invention, a heat source refers in particular to a source which generates thermal energy, it also being possible for the thermal energy to be produced as a waste product. The system makes it possible to reduce the size of the system while at the same time increasing the efficiency. Advantageously, the heat of condensation of the steam power process is the driving heat for the desorption process of the adsorption machine. In a preferred embodiment, the steam engine has a condenser.
Das System ist insbesondere in der Lage, beispielsweise aus der Energie nachwachsender Rohstoffe, wie Biogas, Bio-Ethanol, u. ä., bevorzugt Wärme, Kälte, Strom, oder Kombinationen davon zu erzeugen. Dazu versorgt ein einfacher Brenner einen Dampfkreis, der in einer bevorzugten Ausführungsform mittels eines klei- nen Expanders einen Generator betreibt. Gekoppelt wird die Dampfkraftmaschine über den Kondensator, der vorteilhafterweise eine Baueinheit mit der Adsorber- /Desorber-Einheit ist, mit einer Adsorptionsanlage, die ihrerseits bei Bedarf Kälte- und/oder Wärmeleistung für die Klimatisierung des Fahrgastraums und/oder zur thermischen Konditionierung der Batterie erzeugen kann. Die Dampfkraftmaschine kann in einer bevorzugten Ausführungsform einen Kondensator aufweisen. Darüber hinaus kann von dem System vorteilhafterweise Kälte- oder Wärmeenergie nahezu verlustfrei gespeichert werden (z. B. für eine Standklimatisierung oder Standbeheizung). The system is particularly capable, for example, of the energy of renewable raw materials, such as biogas, bio-ethanol, u. Ä., Preferably heat, cold, electricity, or to produce combinations thereof. For this purpose, a simple burner supplies a steam circuit, which in a preferred embodiment operates a generator by means of a small expander. The steam engine is coupled via the condenser, which is advantageously a structural unit with the adsorber / desorber unit, with an adsorption system, which in turn generates cooling and / or heat output for the air conditioning of the passenger compartment and / or for the thermal conditioning of the battery when needed can. The steam engine may in a preferred embodiment have a capacitor. In addition, the system can advantageously store cold or heat energy virtually loss-free (for example for auxiliary air conditioning or auxiliary heating).
Ein Kraftfahrzeug bezeichnet im Sinne der Erfindung insbesondere maschinell an- getriebene Fahrzeuge, die vorteilhafterweise ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellen-Fahrzeuge, Verbrennungsmotor- Fahrzeuge oder schienengebundene Fahrzeuge. Die Größe und Leistung des Systems kann vorteilhafterweise in Abhängigkeit von dem Kraftfahrzeug variiert werden. Somit können auch Systeme zur Verfügung gestellt werden, die Ein- oder Mehrper- sonenfahrzeuge mit Wärme und/oder Kälte versorgen. A motor vehicle referred to in the context of the invention in particular mechanically driven vehicles, which are advantageously selected from the group comprising electric vehicles, fuel cell vehicles, internal combustion engine vehicles or rail vehicles. The size and power of the system can advantageously be varied depending on the motor vehicle. Thus, it is also possible to provide systems which supply one or more passenger vehicles with heat and / or cold.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Dampfdruckmaschine einen Brenner, einen Dampferzeuger und eine Expansionsmaschine (Expander) und bevorzugt einen Kondensator. Es kann bevorzugt sein, eine Pumpe zu integrieren. Das Arbeitsmedium wird in Richtung Dampferzeuger gefördert, wobei sich der stationäre Dampfzustand zwischen Dampferzeuger und Expander als Funktion der Gleichgewichtsbedingung zwischen Massenstrom und Wärmezufuhr einerseits und dem„Schluckvolumenstrom" des Expanders auf der anderen Seite einstellt. Prakti- kable Freiheitsgrade zur Regelung dieses Vorgangs bestehen im variablen Förderstrom der Pumpe und im variablen Schluckvolumen des Expanders, beide üblicherweise einstellbar über die jeweilige Drehzahl. Damit sind Temperatur und Druck nach Dampferzeuger aktiv regelbar und können somit auf die momentan priorisierte Anwendung optimal eingestellt werden (elektrische Leistung, Heiz- oder Klimaleis- tung). In a preferred embodiment, the vapor pressure machine comprises a burner, a steam generator and an expansion machine (expander) and preferably a condenser. It may be preferable to integrate a pump. The working medium is conveyed in the direction of the steam generator, with the stationary steam state between the steam generator and expander being set as a function of the equilibrium condition between mass flow and heat supply on the one hand and the "displacement volume flow" of the expander on the other side The flow rate of the pump and the variable displacement of the expander, both usually adjustable via the respective speed, allow the temperature and pressure downstream of the steam generator to be actively controlled and thus optimally adjusted to the currently prioritized application (electrical power, heating or air conditioning).
Ein Brenner ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Vorrichtung zur Umwandlung von chemischer Energie in thermische Energie. Im Sinne der Erfindung kann auch ein konventioneller Verbrennungsmotor als Brenner bezeichnet werden. Es wird ein gasförmiger (z. B. Propan, Butan oder Erdgas) oder flüssiger (z. B. Benzin, Dieselkraftstoff, Heizöl, Kerosin oder Petroleum) Brennstoff mit (Luft-) Sauerstoff in einer kontinuierlichen Reaktion unter Wärmeabgabe verbrannt. Die heißen Abgase werden durch einen Auslass in einen Wärmetauscher des Dampferzeugers geleitet, wo die thermische Energie zur Dampferzeugung genutzt wird. Der Brenner ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Porenbrenner oder Oberflächen- strahlungsbrenner. Der Brenner kann aus Siliziumcarbidfasern mit extrem geringem Schadstoffausstoß bestehen, wodurch die Umweltbelastung durch Abgase bei dem bevorzugten System maßgeblich reduziert ist. A burner is in the context of the invention, in particular a device for the conversion of chemical energy into thermal energy. For the purposes of the invention, a conventional internal combustion engine may also be referred to as a burner. A gaseous (eg propane, butane or natural gas) or liquid (eg gasoline, diesel fuel, fuel oil, kerosene or petroleum) fuel is burned with (air) oxygen in a continuous reaction with heat release. The hot exhaust gases are passed through an outlet in a heat exchanger of the steam generator, where the thermal energy is used to generate steam. The burner is preferably selected from the group comprising pore burners or surface radiation burners. The burner can be made of silicon carbide fibers with extremely low pollutant emissions, which significantly reduces the environmental impact of exhaust gases in the preferred system.
Der Dampferzeuger ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein Wärmeüberträger, bevorzugt ein Rohrschlaufen-Wärmeüberträger mit Kreuz-Gegenstrom- Charakteristik oder ein Platten-Wärmeüberträger. Hierdurch ist eine einfache und platzsparende Konstruktion realisierbar. Der Dampferzeuger ist ein Wärmetauscher, der vorzugsweise einem Abgas eines Brenners ausgesetzt wird. Dadurch wird die im Abgas enthaltene Wärmeenergie auf ein Arbeitsmittel, beispielsweise Wasser übertragen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dampfkraftmaschine mit einem organischen Fluid betrieben. Als Arbeitsfluid oder Arbeitsmittel kann ein organisches Fluid in einer Dampfkraftmaschine eingesetzt werden. Dabei ist das Fluid verdampfbar und kondensierbar, eine organische Verbindung oder ein Gemisch organischer Verbindungen und weist zumindest Methanol, Ethanol, N-Propanol, Iso- Propanol, Dimethylether, Ethylmethylether, Diethylether oder ein Alkan auf. Zumindest eine der organischen Verbindungen oder ein Verbindungsgemisch, das zumindest Ethanol enthält, führt eingesetzt in einer Dampfkraftmaschine dazu, dass die Dampfkraftmaschine einen höheren Wirkungsgrad hat, als mit Wasser als Ar- beitsfluid. Außerdem kann so ein Einfrieren bei Frost verhindert werden. The steam generator is in the context of the invention, in particular a heat exchanger, preferably a pipe loop heat exchanger with cross-countercurrent characteristic or a plate heat exchanger. As a result, a simple and space-saving design can be realized. The steam generator is a heat exchanger, which is preferably exposed to an exhaust gas from a burner. As a result, the heat energy contained in the exhaust gas is transferred to a working medium, for example water. In a preferred embodiment, the steam engine is operated with an organic fluid. As a working fluid or working fluid, an organic fluid can be used in a steam engine. The fluid is vaporizable and condensable, an organic compound or a mixture of organic compounds and has at least methanol, ethanol, n-propanol, iso- Propanol, dimethyl ether, ethyl methyl ether, diethyl ether or an alkane. At least one of the organic compounds or a compound mixture containing at least ethanol, used in a steam engine, causes the steam engine to have a higher efficiency than with water as the working fluid. In addition, such a freeze can be prevented in frost.
In einer bevorzugten Ausführungsform stammt die Antriebswärme des Dampferzeugers aus einem Brenner. So kann beispielsweise die Antriebswärme aus einem Brenner stammen, der aus einer separaten Gasflasche, mit ggf. nachwachsenden Rohstoffen oder einem Brennstofftank versorgt wird. Die Antriebswärme kann aber auch aus dem Kühlwasser, Abwärme, thermischer Masse des Motorblocks des Kraftfahrzeuges oder Abgasen stammen. In a preferred embodiment, the drive heat of the steam generator comes from a burner. For example, the drive heat can come from a burner that is supplied from a separate gas cylinder, with possibly renewable raw materials or a fuel tank. The drive heat can also come from the cooling water, waste heat, thermal mass of the engine block of the motor vehicle or exhaust gases.
Der aus dem Dampferzeuger austretende, heiße und komprimierte Dampf kann dann einem Expander zugeführt werden. In dem Expander wird der Dampf auf ein niedrigeres Druckniveau unter Arbeitsleistung entspannt. Der Expander, der im Sin- ne der Erfindung auch als Expansionsmaschine bezeichnet werden kann, kann vorteilhafterweise eine Axialkolbenmaschine, bevorzugt ein Schrägscheiben- Axialexpander beispielsweise mit Einlass-Schiebersteuerung und Auslassschlitzen sein. Die geleistete Arbeit kann vorteilhafterweise als Hilfsantrieb, über einen Generator, der bevorzugt mit dem Expander verbunden ist, für elektrische Energie oder auf andere nützliche Weise genutzt werden. The emerging from the steam generator, hot and compressed steam can then be fed to an expander. In the expander, the steam is decompressed to a lower pressure level while working. The expander, which in the sense of the invention can also be referred to as an expansion machine, can advantageously be an axial piston machine, preferably a swash plate axial expander, for example with inlet slide control and outlet slots. The work done can advantageously be used as an auxiliary drive, via a generator, which is preferably connected to the expander, for electrical energy or in another useful manner.
Das Arbeitsmittel wird aus dem Expander einer Adsorptionskältemaschine zugeführt, wobei die thermische Energie der Kondensation des Arbeitsmittels (Kondensationswärme) als Antriebsenergie für den Desorptionsprozess des Kältemittels verwendet wird. Das heißt, das Arbeitsmittel wird der Adsorber-/Desorber-Einheit insbesondere der Kondensator-Adsorber/Desorber-Einheit zugeführt, wo es kondensiert. Für die Kondensation kann der Wärmetauscher der Adsorber-/Desorber- Einheit, der Kondensator-/Adsorber-/Desorber-Einheit oder ein sonstiger in der Adsorptionskältemaschine vorliegender Kondensator oder Wärmetauscher verwendet werden. Für eine kontinuierliche Kälteerzeugung kann es bevorzugt sein, zwei Ad- sorber alternierend zu betreiben, wobei sich De- und Adsorptionsphasen abwechseln. Zunächst wird ein Adsorber unter Wärmezufuhr desorbiert (z. B. bei 90°C). Das zuvor adsorbierte Wasser tritt aus und kondensiert unter Wärmeabgabe. The working fluid is supplied from the expander of an adsorption refrigerator, wherein the thermal energy of the condensation of the working fluid (heat of condensation) is used as drive energy for the desorption of the refrigerant. That is, the working fluid is fed to the adsorber / desorber unit, in particular the condenser-adsorber / desorber unit, where it condenses. For condensation, the heat exchanger of the adsorber / desorber unit, the condenser / adsorber / desorber unit or any other condenser or heat exchanger present in the adsorption chiller can be used. For continuous cooling, it may be preferable to operate two adsorbers alternately, with de and adsorption phases alternating. First, an adsorber is desorbed under heat (eg at 90 ° C). The previously adsorbed water exits and condenses with heat release.
Gleichzeitig adsorbiert der andere Adsorber und sorgt für den Verdampfungsvor- gang im Verdampfer. Dies ermöglicht eine Wärmeaufnahme bei einem gewünschten niedrigen Temperaturniveau (z. B. 10°C zur Kälteerzeugung). Es ist bevorzugt, dass in der Adsorptionskältemaschine als Kältemittel Wasser verwendet wird. Hierdurch kann eine ökologisch unbedenkliche Kältemaschine bereitgestellt werden. Beim Kältemittel Wasser laufen Adsorption/Desorption im Unterdruck ab (0 mbar- 200 mbar oder höher). Es ist bevorzugt, dass die Adsorptionskältemaschine als Vakuumbehälter ausgeführt ist. Ferner wird die Adsorptionskältemaschine vorzugsweise bei drei Temperaturniveaus betrieben wird (z. B. 90°, 40°, 10°). Dieses Tempera- turtripel bestimmt die Leistungsfähigkeit der Adsorptionskältemaschine. Auf dem mittleren Temperaturniveau muss Wärme -wie bei konventionellen Kältemaschinen- an die Umgebung abgegeben werden. At the same time, the other adsorber adsorbs and ensures the evaporation gear in the evaporator. This allows for heat absorption at a desired low temperature level (eg 10 ° C for refrigeration). It is preferable that water is used as the refrigerant in the adsorption refrigerating machine. In this way, an ecologically safe refrigerating machine can be provided. In the case of the refrigerant water, adsorption / desorption occurs under reduced pressure (0 mbar - 200 mbar or higher). It is preferred that the adsorption chiller is designed as a vacuum container. Further, the adsorption chiller is preferably operated at three temperature levels (eg, 90 °, 40 °, 10 °). This temperature triplet determines the performance of the adsorption chiller. At the medium temperature level, heat must be dissipated to the environment, as with conventional chillers.
Die in einer Adsorptionsmaschine stattfindende Adsorption beschreibt einen physikalischen Prozess, bei dem sich ein gasförmiges Kältemittel (insbesondere Wasser) an einen Feststoff anlagert, wobei bei der Anlagerung Energie von dem Kältemittel auf den Feststoff übertragen wird. Die Desorption des Kältemittels, das heißt das Lösen des Kältemittels von dem Feststoff, benötigt wiederum Energie. In einer Adsorptionskältemaschine wird das Kältemittel, welches bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt, so gewählt, dass mit der Ad- beziehungsweise Desorption eine Ag- gregatzustandsänderung einhergeht. Als Adsorptionsmittel sind Stoffe bevorzugt, die feinporös sind und demzufolge eine sehr große innere Oberfläche besitzen. Vorteilhafte Materialien sind Aktivkohle, Aluminiumoxid, Aluminiumphosphate, Silika- Aluminiumphosphate, Metall-Silika-Aluminiumphosphate, Mesostruktur Silikate, Metall-organische Gerüste und/oder mikroporöses Material, umfassend mikroporöse Polymere. Es können jedoch auch sonstige Materialien verwendet werden, die eine adsorbierende Eigenschaft haben. Bevorzugte Adsorptionsmaterialien sind Silikage- le oder Zeolithe, welche aufgrund ihrer großen inneren Oberfläche die Eigenschaft haben, Wasser extrem gut aufzusaugen. Beide Materialen werden häufig als Trocknungsmittel (Verpackungsbeilagen, Doppelverglasung) aber auch in der (petro- chemischen) Industrie als Katalysatorträger oder Molsiebe großtechnisch eingesetzt. The adsorption occurring in an adsorption machine describes a physical process in which a gaseous refrigerant (in particular water) attaches to a solid, energy being transferred from the refrigerant to the solid during the addition. The desorption of the refrigerant, that is, the dissolution of the refrigerant from the solid, again requires energy. In an adsorption refrigeration machine, the refrigerant, which absorbs heat at low temperature and low pressure and releases heat at a higher temperature and pressure, is selected so that the ad- or desorption is accompanied by an aggregate state change. Preferred adsorbents are substances which are finely porous and consequently have a very large internal surface area. Advantageous materials are activated carbon, alumina, aluminum phosphates, silica-aluminum phosphates, metal-silica-aluminum phosphates, mesostructure silicates, metal-organic frameworks and / or microporous material comprising microporous polymers. However, other materials that have an adsorbing property may be used. Preferred adsorption materials are silica oils or zeolites, which due to their large inner surface have the property of absorbing water extremely well. Both materials are frequently used on a large scale as drying agents (packaging inserts, double glazing) but also in the (petrochemical) industry as catalyst carriers or molecular sieves.
Vorteilhafterweise weist die Adsorptionskältemaschine einen Kälte- und/oder Wärmespeicher auf. Hierdurch ist es möglich, die durch die Adsorptionsmaschine gene- rierte Wärme und/oder Kälte zu speichern und bei Bedarf zu benutzen. Hierbei sind Ad-/Desorber und Verdampfer/Kondensator in verbundenen getrennten Behältern untergebracht, wobei in einer Verbindung der Behälter ein Ventil sitzt. Das desor- bierte Adsorbens "saugt" dann die am Ventil eingestellte Kältemittelmenge bis zur Sättigung an und entzieht damit dem Verdampfer die Verdampfungswärme. In dieser Form liegt ein Kältespeicher vor, der wiederaufladbar ist, indem das Sorptionsmittel bei Bedarf desorbiert wird. Advantageously, the adsorption chiller on a cold and / or heat storage. This makes it possible to use the adsorption machine stored heat and / or cold and use it if necessary. In this case, adsorber / desorber and evaporator / condenser are accommodated in connected separate containers, one valve in a connection of the container. The desorbed adsorbent then "sucks" the amount of refrigerant set at the valve to saturation, thus removing the heat of vaporization from the evaporator. In this form, there is a cold storage that is rechargeable by desorbing the sorbent when needed.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, eine Pumpe mit der Dampfkraftmaschine und/oder der Adsorptionskältemaschine zu verbinden. Es werden bevorzugt Ver- stellpumpen zur Förderung der Flüssigkeit oder des Gases verwendet, da bei diesen das zu verdrängende Verdrängungsvolumen eingestellt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine drehzahlregelbare Kolbenpumpe eingesetzt werden. Furthermore, it may be advantageous to connect a pump to the steam engine and / or the Adsorptionskältemaschine. Variable displacement pumps are preferably used for conveying the liquid or the gas, since in these the displacement volume to be displaced can be adjusted. In a preferred embodiment, a variable speed piston pump can be used.
Bezüglich der Betriebsweise ist es bevorzugt, dass das System Wärme, Strom und/oder Kälte geführt ist. Dies bedeutet beispielsweise für den wärmegeführten Fall, dass das System bzw. die Leistung des Systems nach dem Wärmebedarf gesteuert wird. Bei einem stromgeführten System richtet sich die Leistungsabgabe nach dem Strombedarf. Bei einer kältegeführten Betriebsweise richtet sich der Betrieb nach der benötigten Kälteleistung With regard to the mode of operation, it is preferred that the system heat, electricity and / or cold is performed. This means, for example, for the heat-led case that the system or the power of the system is controlled according to the heat demand. In a current-carrying system, the power output depends on the power requirement. In a refrigerated mode of operation, the operation depends on the required cooling capacity
Das System kann vorzugsweise zur Bereitstellung von Wärme, Kälte, Strom, oder Kombinationen hiervon verwendet werden und kann in Elektrofahrzeuge und/oder konventionelle Fahrzeuge integriert werden. Aus einem Brennstoff kann wahlweise Wärme, Kälte, Strom, oder Kombinationen davon erzeugt werden. Dazu versorgt ein einfacher Brenner einen Dampfkreis, der bevorzugt mittels eines kleinen Expanders einen Generator betreibt. Gekoppelt wird diese Dampfkraftmaschine mit einer Adsorptionsmaschine, insbesondere einer Adsorptionskältemaschine, die ihrerseits bei Bedarf Kälteleistung für die Klimatisierung des Fahrgastraums und/oder zur thermischen Konditionierung der Batterie erzeugen kann (Kühlung oder Heizung einer in dem Kraftfahrzeug vorliegenden Batterie). Das System kann vorteilhafterweise auch zur Motorvorwärmung verwendet werden. Darüber hinaus bietet die Adsorptionstechnik das Potential Kälte- oder Wärmeenergie nahezu verlustfrei zu speichern (Standklimatisierung und Standbeheizung). Das System, insbesondere die Adsorptionskältemaschine kann auch als Wärmepumpe verwendet werden, bei der Wärme mit einer niedrigen Temperatur aufgenommen wird und diese auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur (z. B. Heizung des Fahrgastraums) übertragen wird. The system may preferably be used to provide heat, cold, power, or combinations thereof, and may be integrated with electric vehicles and / or conventional vehicles. From a fuel may optionally be generated heat, cold, electricity, or combinations thereof. For this purpose, a simple burner supplies a steam cycle, which preferably operates a generator by means of a small expander. This steam engine is coupled with an adsorption machine, in particular an adsorption chiller, which in turn can generate cooling capacity for the air conditioning of the passenger compartment and / or for thermal conditioning of the battery if necessary (cooling or heating of a battery present in the motor vehicle). The system can also be advantageously used for engine preheating. In addition, the adsorption technology has the potential to store cold or heat energy almost loss-free (stationary air conditioning and parking heater). The system, in particular the Adsorptionskältemaschine can also be used as a heat pump, in the heat is received at a low temperature and this is transmitted to a heated system with higher temperature (eg, heating the passenger compartment).
Das System weist zahlreiche Vorteile für konventionelle Fahrzeuge auf, umfassend: - Elektrische/mechanische Energie und Klimatisierung eines Fahrzeuges mit Hilfe der Abgaswärme The system has numerous advantages for conventional vehicles, including: Electrical / mechanical energy and air conditioning of a vehicle with the aid of exhaust heat
Entfall der konventionellen Klimaanlage Elimination of conventional air conditioning
Schnelles Aufheizen des Motors / Fahrzeuges Fast heating of the engine / vehicle
Pull down über integrierten Sorptionsspeicher - Sehr geräuscharm Pull down via integrated sorption storage - very quiet
Kältemittel: Wasser; GWP = 0 Refrigerant: water; GWP = 0
Möglicher Bauraum: Reserveradmulde Possible space: spare wheel well
Komponenten können im Fahrzeug verteilt werden Components can be distributed in the vehicle
Nebenaggregate können elektrifiziert werden (Package) Außerdem sind folgende Vorteile des Systems für Elektrofahrzeuge zu nennen: Auxiliary units can be electrified (Package) In addition, the following advantages of the system for electric vehicles can be mentioned:
Ladestrom für E-Fahrzeuge Charging current for electric vehicles
Standkonditionierung stand conditioning
Schleichfahrt in Notsituationen möglich Crawl in emergency situations possible
Konditionierung / Klimatisierung der Batterie / des E-Fahrzeuges Conditioning / air conditioning of the battery / e-vehicle
Die Erfindung wird nunmehr anhand von Figuren beispielhaft beschrieben, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein; es zeigt: The invention will now be described by way of example by way of example, but without being limited thereto; it shows:
Fig. 1 Bevorzugtes Heiz- und/oder Kühlsystem mit Abgaswärmenutzung Fig. 2 Bevorzugtes Heiz- und/oder Kühlsystem mit eigenem Brenner Fig. 1 Preferred heating and / or cooling system with waste heat recovery Fig. 2 Preferred heating and / or cooling system with its own burner
Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Heiz- und/oder Kühlsystem mit Abgaswärmenutzung. Die Verbindungen (Linien mit Pfeilen) zwischen den einzelnen Elementen symbolisieren physische Verbindungen, wie z. B. Rohre. Aus dem Abgasstrom einer Wär- mequelle, beispielsweise einem Verbrennungsmotor wird der Dampferzeuger mit Energie versorgt. Der Motor kann beispielweise Bestandteil eines Kraftfahrzeuges oder einer stationären Einrichtung sein. Der im Dampferzeuger bereitgestellte Dampf wird in einem Expander entspannt und es wird mechanische Leistung erzeugt. Die nachfolgende Kondensation kann entweder in einem Kondensator oder wie in der Zeichnung dargestellt direkt in der Adsorptionsmaschine erfolgen. Hier wird die Kondensationswärme als Antriebswärme für den Desorptionsprozess verwendet. Nach der Kondensation des Dampfkraft-Arbeitsmittels wird dieses Medium über einen Tank mittels einer Pumpe dem Dampferzeuger erneut zugeführt. Die Adsorptionsmaschine kann ihre Abwärme über einen Kühler an die Umgebungsluft abgeben oder die Abwärme zur Motor(vor)wärmung in den Motorkühlkreis einkop- peln. Fig. 1 shows a preferred heating and / or cooling system with exhaust heat utilization. The connections (lines with arrows) between the individual elements symbolize physical connections, such as: B. pipes. The steam generator is supplied with energy from the exhaust gas flow of a heat source, for example an internal combustion engine. The engine may for example be part of a motor vehicle or a stationary device. The steam provided in the steam generator is expanded in an expander and mechanical power is generated. The subsequent condensation can take place either directly in the adsorption machine in a condenser or as shown in the drawing. Here, the heat of condensation is used as drive heat for the desorption process. After the condensation of the steam power working fluid, this medium is supplied via a tank by means of a pump to the steam generator again. The adsorption machine can deliver its waste heat via a radiator to the ambient air or heat the waste heat for engine (pre) heating into the engine cooling circuit.
Fig. 2 stellt ein bevorzugtes Heiz- und/oder Kühlsystem mit eigenem Brenner dar. Abgase aus einem Brenner, z. B. einem Heizkraftwerk oder einem Kraftfahrzeug werden über eine Verbindung, beispielsweise ein Rohrsystem in einem Dampfer- zeuger geleitet, der die thermische Energie zur Erzeugung von Dampf nutzt. Der Dampf wird nachfolgend in einem Expander entspannt, wodurch mechanische Leistung erzeugt werden kann. Die Kondensation des dampfförmigen Arbeitsmittels kann entweder in einem separaten Kondensator der Dampfkraftmaschine durchgeführt werden, oder zur Desorption des Kältemittels in der Adsorptionskältemaschine verwendet werden. Hier wird die Kondensationswärme als Antriebswärme für den Desorptionsprozess verwendet. Nach der Kondensation des Dampfkraft- Arbeitsmittels wird dieses Medium über einen Tank mittels einer Pumpe dem Dampferzeuger erneut zugeführt. Die Adsorptionsmaschine kann ihre Abwärme über einen Kühler an die Umgebungsluft abgeben oder die Abwärme zur Mo- tor(vor)wärmung in den Motorkühlkreis einkoppeln. Fig. 2 shows a preferred heating and / or cooling system with its own burner. Exhaust gases from a burner, eg. As a cogeneration plant or a motor vehicle are passed through a connection, for example a pipe system in a steam generator, which uses the thermal energy to generate steam. The steam is subsequently expanded in an expander, whereby mechanical power can be generated. The condensation of the vaporous working fluid may either be carried out in a separate condenser of the steam engine or used for desorption of the refrigerant in the adsorption chiller. Here, the heat of condensation is used as drive heat for the desorption process. After the condensation of the steam power working fluid, this medium is supplied via a tank by means of a pump to the steam generator again. The adsorption machine can deliver its waste heat via a radiator to the ambient air or couple the waste heat to the engine (pre) heating in the engine cooling circuit.

Claims

Patentansprüche claims
1. Heiz- und/oder Kühlsystem, umfassend eine Dampfkraftmaschine und eine Adsorptionskältemaschine, wobei die Dampfkraftmaschine mindestens a. eine Wärmequelle, b. einen Expander, c. einen Dampferzeuger und/oder d. eine Pumpe und die Adsorptionskältemaschine mindestens a. eine Adsorber/Desorber-Einheit, b. einen Verdampfer und einen Kondensator oder c. eine Verdampfer/Kondensator-Einheit umfasst, A heating and / or cooling system comprising a steam engine and an adsorption refrigerator, wherein the steam engine is at least a. a heat source, b. an expander, c. a steam generator and / or d. a pump and the adsorption chiller at least a. an adsorber / desorber unit, b. an evaporator and a condenser or c. comprises an evaporator / condenser unit,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Expander dem an einen Abgaspfad der Wärmequelle angeschlossenen Dampferzeuger nachgeschaltet ist und die Adsorptionskältemaschine hinter dem Expander angeordnet ist und Abwärme des Expanders abgreift, wobei die Adsorptionskältemaschine an einen Heiz- und/oder Kühlkreislauf angeschlossen ist.  the expander is connected downstream of the steam generator connected to an exhaust path of the heat source and the adsorption chiller is arranged behind the expander and picks up waste heat from the expander, wherein the adsorption chiller is connected to a heating and / or cooling circuit.
System nach Anspruch 1 , System according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Kondensationswärme des Dampfkraftprozesses die Antriebswärme für eines Desorptionsprozesses der Adsorptionsmaschine ist.  the heat of condensation of the steam power process is the driving heat for a desorption process of the adsorption machine.
System nach Anspruch 1 oder 2, System according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
ein Generator mit dem Expander verbunden ist. a generator is connected to the expander.
4. System nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 4. System according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Dampfkraftmaschine mit einem organischen Fluid betrieben ist.  the steam engine is operated with an organic fluid.
5. System nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 5. System according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Dampfkraftmaschine einen Kondensator aufweist.  the steam engine has a condenser.
6. System nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 6. System according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Expander eine Axialkolbenmaschine ist.  the expander is an axial piston machine.
7. System nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 7. System according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Wärmequelle ein Brenner ist.  the heat source is a burner.
8. System nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 8. System according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das System Wärme, Strom und/oder Kälte geführt ist.  the system is heat, electricity and / or cold.
9. System nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 9. System according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Wasser als Kältemittel in der Adsorptionskältemaschine vorliegt.  the water is present as a refrigerant in the Adsorptionskältemaschine.
10. System nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 10. System according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
als Adsorptionsmaterial in der Adsorptionskältemaschine Silikagele oder Ze- olithe vorliegen.  as adsorption material in the adsorption chiller silica gels or zeolites.
1 1 . System nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 1 1. System according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Dampferzeuger ein Rohrschlaufen-Wärmeübertrager mit Kreuz- the steam generator a pipe loop heat exchanger with cross
Gegenstrom-Charakteristik ist. Countercurrent characteristic is.
12. System nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 12. System according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Kraftfahrzeug ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Elektrofahr- zeuge, Brennstoffzellen-Fahrzeuge, Verbrennungsmotor-Fahrzeuge oder schienengebundene Fahrzeuge. the motor vehicle is selected from the group consisting of electric vehicles vehicles, fuel cell vehicles, combustion engine vehicles or rail vehicles.
13. System nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, 13. System according to one or more of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Adsorptionskältemaschine einen Kälte- und/oder Wärmespeicher aufweist.  the Adsorptionskältemaschine has a cold and / or heat storage.
14. Verwendung eines Systems nach den Ansprüchen 1 bis 13 zur Bereitstellung von Wärme, Kälte, Strom, oder Kombinationen hiervon. 14. Use of a system according to claims 1 to 13 for the provision of heat, cold, electricity, or combinations thereof.
15. Verwendung des Systems nach Anspruch 14 zur Bereitstellung von Wärme, Kälte, Strom, oder Kombinationen hiervon für ein Kraftfahrzeug. 15. Use of the system according to claim 14 for the provision of heat, cold, electricity, or combinations thereof for a motor vehicle.
16. Verwendung des Systems nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, zur Kühlung oder Heizung einer in dem Kraftfahrzeug vorliegenden Batterie. 16. Use of the system according to one or more of the preceding claims, for cooling or heating of a battery present in the motor vehicle.
17. Verwendung des Systems nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei das System als Wärmepumpe verwendet wird. 17. Use of the system according to one or more of the preceding claims, wherein the system is used as a heat pump.
18. Verwendung des Systems nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei das System zur Motorvorwärmung verwendet wird. 18. Use of the system according to one or more of the preceding claims, wherein the system is used for engine preheating.
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