WO2015162222A1 - Heiz- und trocknungsvorrichtung zur verwendung in kraftfahrzeugen - Google Patents

Heiz- und trocknungsvorrichtung zur verwendung in kraftfahrzeugen Download PDF

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WO2015162222A1
WO2015162222A1 PCT/EP2015/058842 EP2015058842W WO2015162222A1 WO 2015162222 A1 WO2015162222 A1 WO 2015162222A1 EP 2015058842 W EP2015058842 W EP 2015058842W WO 2015162222 A1 WO2015162222 A1 WO 2015162222A1
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adsorbent
motor vehicle
temperature
heating
air
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PCT/EP2015/058842
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Inventor
Claude Bouvy
Original Assignee
Alternative Energy Consulting & Technologies S.A.R.L.
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    • B60H3/02—Moistening ; Devices influencing humidity levels, i.e. humidity control
    • B60H2003/028—Moistening ; Devices influencing humidity levels, i.e. humidity control the devices comprising regeneration means

Definitions

  • the present invention relates to a heating and drying apparatus for use in motor vehicles according to the preamble of claim 1 and a method for increasing the temperature of an operating fluid of a motor vehicle and / or for drying air of a vehicle cabin of the motor vehicle using such a device.
  • the adsorption units include an adsorbent (adsorbent) suitable for reversible adsorption and desorption of water vapor.
  • adsorbent adsorbent
  • zeolites and silica gels silica gels are known as suitable adsorbents.
  • European patent application EP 1 547 834 A1 describes a conditioning system for a vehicle, with which conditioning system the air to be introduced into a vehicle interior can be conditioned.
  • the conditioning system comprises a drying device through which air can flow, through which moisture can be withdrawn from the air.
  • the drying device comprises for this purpose one of the air to be introduced into the interior through ström bare zeolite arrangement.
  • the dryer is heated by the application of heat from a heat source.
  • the heat source may be formed by a fuel-operated burner and / or an exhaust-gas guidance system of an internal combustion engine or / and a fuel cell or / and an electrically operable heater.
  • the device comprises a steam adsorber, which is in flow communication with a cooled by withdrawal of heat of vaporization liquid reservoir of a heat exchanger or with a prior to cooling by a refrigerant compressor to be dehumidified air flow, the steam adsorber by the waste heat of the drive motor of the motor vehicle, in particular the waste heat of Exhaust system of the motor vehicle, with expulsion of the absorbed steam is regenerated.
  • Zeolites are preferably used to form the vapor adsorber.
  • a connection with a cooling circuit for the drive motor of the motor vehicle can be achieved with unnecessary air conditioning, especially in winter operation of the vehicle, a rapid heating of the cooling water for the drive motor by the heat generated in water vapor absorption by the Zeolithadsorber the cooling water is supplied.
  • dehumidifier for a motor vehicle is described in the patent DE 100 45 974 C1. With the dehumidifier is sucked in particular during the cold start humid air from the vehicle interior, fed to a filled with a hydrophilic sorbent drying unit and dried from there back to the vehicle interior.
  • the hydrophilic sorbent which is formed by salt, is located in a vessel attached to the engine block in thermal contact with the engine of the motor vehicle.
  • the present invention is a heating and drying apparatus for use in a motor vehicle, comprising:
  • An adsorption unit with an adsorbent which is suitable for the reversible adsorption or desorption of water
  • a heat exchanger which communicates with both the adsorbent of the adsorption unit and with a waste heat source active at least during operation of the motor vehicle in heat transfer and is intended to transfer heat from the waste heat source to the adsorbent of the adsorption unit in at least one operating condition
  • a valve unit designed to provide access routes of air to the adsorbent and to control air access to the adsorbent.
  • adsorption / desorption of water is to be understood in this context in particular a physical adsorption / desorption are enriched in the water molecules on the surface of the adsorbent without formation / dissolution of chemical bonds / detached.
  • liquid water comes either from the air (as water vapor) and / or are applied by a special device as liquid water on the surface of the adsorbent.
  • the liquid water may also contain an antifreeze.
  • the waste heat source is formed by an operating fluid of the motor vehicle and the heat exchanger thereby also communicates with the operating fluid of the motor vehicle in heat transferring contact and is intended, in at least one operating state, heat from the adsorbent to the operating fluid of the Motor vehicle to transfer.
  • the device according to the invention can advantageously be stored during operation of the motor vehicle waste heat and used to heat the operating fluid of the motor vehicle at a future journey start in less time to a desired operating temperature.
  • the water vapor content of the air in the vehicle cabin can be reduced, so that fogging of the discs can be reduced or prevented by condensing water vapor, which can increase driving safety.
  • the heat transfer can be carried out particularly efficiently.
  • zeolites such as NaY, 13X
  • silica gels sica gels, including Köstrosorb ®
  • the adsorption has a hermetically sealable housing for receiving the adsorbent.
  • hermetically sealed is to be understood in particular to mean that an exchange of gases or liquids between the housing and the surrounding exterior space is prevented.
  • the operating fluid of the vehicle is selected from a group constituted by transmission oil, engine oil and coolant, by accelerating the desired operating temperatures, high-viscosity friction losses can be reduced, and an operating point of the engine can be made high in efficiency can be achieved faster, whereby an improved overall efficiency of the motor vehicle can be achieved.
  • At least one of the access paths provided by the valve unit is formed by an air-conduction-capable connection between a vehicle cabin of the motor vehicle and a space surrounding the vehicle cabin.
  • valve unit of the heating and drying device has at least one vacuum valve, it can be achieved that the housing of the adsorption unit, which cools down after an interruption of the operation of the motor vehicle, can furthermore be hermetically sealed, as a result of which an undesired adsorption of water or water vapor on the adsorbent largely occurs can be avoided.
  • the heating and drying device comprises a ventilation unit, which is intended to convey air on at least one of the provided through the valve unit access paths.
  • the adsorption of the heating and drying device is integrated either in a provided for receiving the operating fluid of the vehicle container or in the active during operation of the motor vehicle waste heat source.
  • integrated is to be understood in this context, in particular, that the adsorption of the container or the waste heat source is substantially completely enclosed or that the adsorption unit and the container or the waste heat source have at least one common housing element.
  • Another object of the present invention is a method for
  • valve unit Providing, by means of the valve unit, an access route for air from at least one of air spaces formed by the space surrounding the vehicle cabin and the vehicle cabin of the motor vehicle, to the adsorbent,
  • valve unit Providing, by means of the valve unit, an access route for air from the adsorbent to at least one of the air spaces formed by the space surrounding the vehicle cabin and the vehicle cabin of the motor vehicle, and
  • the heating and drying device additionally comprises a temperature sensor for determining the temperature of the adsorbent, a temperature sensor for determining the temperature of the operating fluid and a temperature sensor for determining the temperature of the waste heat source of the motor vehicle, and the method includes as a step closing the valve unit ready by Air access paths provided that after a rise in the temperature of the adsorbent due to adsorption of water by the adsorbent, a difference of the temperature of the adsorbent and the temperature of the operating fluid of the motor vehicle falls below a first predetermined value.
  • the method includes, as a step, opening the air access paths provided by the valve unit when the difference in the temperature of the waste heat source of the motor vehicle and the temperature of the adsorbent exceeds a second predetermined value.
  • the heating and drying system comprises an embodiment of one of the described heating and drying devices or a combination thereof, wherein the valve unit comprises at least one controllable valve.
  • a "controllable valve” should be understood to mean, in particular, a valve whose valve positions can be changed remotely by an externally variable actuation variable Voltage (electromagnetically controllable valve) or a mechanical force to be formed.
  • the heating and drying system includes a temperature sensor for determining the temperature of the adsorbent, a temperature sensor for determining the temperature of the waste heat source of the motor vehicle, a temperature sensor for determining the temperature of the operating fluid of the motor vehicle and a control and control unit provided therefor is to control the valve unit to provide access routes of air to the adsorbent as well as to control the access of air to the adsorbent in response to temperatures determined by the temperature sensors.
  • the control and control unit is provided to close the provided by the valve unit access routes for air to the adsorbent when after a rise in the temperature of the adsorbent due to adsorption of water vapor through the adsorbent a difference of the temperature of the adsorbent and a temperature of the operating fluid of the motor vehicle falls below a first predetermined value.
  • the first predetermined value can advantageously be stored in a memory unit of the control and monitoring unit.
  • control and control unit is provided to open the provided by the valve unit access routes for air to the adsorbent when a difference in the temperature of the exhaust heat source of the motor vehicle and the temperature of the adsorbent exceeds a second predetermined value.
  • the second predetermined value can advantageously also be stored in the memory unit of the control and monitoring unit.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a heating and drying system according to the invention for use in a motor vehicle.
  • Fig. 1 shows in a flow chart a schematic representation of a heating and drying system according to the invention for use in a motor vehicle.
  • the heating and drying system is described below for use in a motor vehicle designed as a passenger car with an internal combustion engine, it can generally also be found in other motor vehicles, for example in electric vehicles or motor vehicles with hybrid drive.
  • the heating and drying system comprises a heating and drying device 1, a plurality of temperature sensors 1 1, 12, 13 and a control and control unit 4th
  • the heating and drying apparatus 1 has an adsorption unit 2 with an adsorbent 3 formed by zeolite, which is suitable for the reversible adsorption or desorption of water vapor or water in liquid form, optionally of a mixture of water and an antifreeze.
  • the adsorbent 3 is arranged in a hermetically sealable housing of the adsorption unit 2.
  • the housing consists mainly of vacuum-tight plastic and is provided with a thermal insulation, so that the adsorbent 3 is sufficiently insulated from the environment in a thermally insulated manner.
  • the heating and drying device 1 to a heat exchanger 15, which is integrated in the housing of the adsorption unit 2.
  • the heat exchanger 15 is in contact with heat both with the adsorbent 3 of the adsorption unit 2 and with a waste heat source 16 active at least during operation of the motor vehicle and is made of metal in order to achieve good heat transfer values for the adsorbent 3.
  • the active in operation of the motor vehicle waste heat source 16 is formed by an operating fluid 17 of the motor vehicle.
  • Connection connections of the heat exchanger 15 are from the housing of the adsorption unit 2 led out without affecting the seal against the environment, and connected to opposite sides of the oil pan 18.
  • a circulation pump 19 of the heating and drying device 1 is provided to promote the motor oil from the oil pan 18 through the second heat exchanger 15 back to the oil pan upon activation.
  • the heat exchanger 15 is provided to transfer heat from the operating fluid 17 of the motor vehicle to the adsorbent 3 of the adsorption unit 2 in at least one operating state.
  • the operating fluid 17 of the motor vehicle is formed by engine oil, which is received in an oil pan 18 of the motor vehicle.
  • the operating fluid 17 may also be formed by transmission oil or coolant, wherein the suitable, known housing find use.
  • the heat exchanger 15 is also provided to transfer heat from the adsorbent 3 to the operating fluid 17 of the motor vehicle in at least one operating state.
  • the heating and drying device 1 includes a valve unit 5, which comprises a vacuum valve 6 and two 3/2-way valves 7, 8. Both the vacuum valve 6 and the two 3/2-way valves 7, 8 are electrically controlled.
  • the valve unit 5 is provided to provide access routes of air to the adsorbent 3 and to control access of the air to the adsorbent 3.
  • the vacuum valve 6 is designed to have two inlet and two outlet openings. In a first position, the vacuum valve 6 can hermetically seal the adsorption unit 2.
  • an access path of the air through the vacuum valve 6 to the adsorbent 3 and an access path of the air from the adsorbent 3 through the vacuum valve 6 are separated from each other, so that the air can flow directed in the adsorption unit 2.
  • connection 9i of the 3/2-way valve 7 is fluidly connected to the inlet opening of the vacuum valve 6 facing away from the adsorption unit 2.
  • a connection 10i of the 3/2-way valve 8 fluidly with the from the adsorption unit 2 facing away from the outlet opening of the vacuum valve 6.
  • Fig. 1 shows the two 3/2-way valves 7, 8 in the rest position.
  • the two remaining ports 92, 93 of the first 3/2-way valve 7 are fluidly connected to the surrounding space or a vehicle cabin of the motor vehicle.
  • the two remaining ports I O2, I O3 of the second 3/2-way valve are also connected to the surrounding space or to the vehicle cabin of the motor vehicle.
  • the heating and drying system includes a plurality of temperature sensors 1 1, 12, 13, namely a temperature sensor 1 1 for determining the temperature of the adsorbent 3, a temperature sensor 12 for determining the temperature of the waste heat source 16 of the motor vehicle and a temperature sensor 13 for determining the temperature of the operating fluid 17 of the motor vehicle.
  • an external temperature sensor may also be connected (not shown).
  • the temperature sensors 1 1, 12, 13 and optionally the outside temperature sensor are connected to the control and control unit 4 by means of electrical lines or wirelessly. The temperatures determined by the temperature sensors 11, 12, 13 and optionally the outside temperature sensor are detected by the control and control unit 4 at regular intervals.
  • the control and control unit 4 is provided, the valve unit 5 for providing access routes of air to the adsorbent 3 and for controlling the access of air to the adsorbent 3 in dependence on the temperature sensors 1 1, 12, 13 and optionally the Outdoor temperature sensor to control certain temperatures.
  • the waste heat source 16 of the motor vehicle is thus given by the operating fluid 17 of the motor vehicle, which is formed by the located in the oil pan 18 engine oil.
  • the heat exchanger 15 is provided to transfer heat from the adsorbent 3 to the engine oil of the motor vehicle, and in a second operating state to transfer heat from the engine oil of the motor vehicle to the adsorbent 3 of the adsorption unit 2.
  • the valve unit 5 is controlled in a first step by the control and control unit 4 such that the vacuum valve 6 is opened and the first 3/2 after commissioning of the motor vehicle -Wegeventil 7 and the second 3/2-way valve 8 are in the active position.
  • the terminals 9 3 and 9i an access path for air from the vehicle cabin through the vacuum valve 6 and the adsorbent 3, and remounted back through the vacuum valve 6 through the ports 10i and I O3 in the vehicle cabin of the motor vehicle.
  • a ventilation unit (not shown) designed as a ventilator.
  • the adsorbent 3 Since the adsorbent 3 is in a dry state, it will adsorb a part of the water vapor from the vehicle cabin, whereby the adsorption energy becomes free and the temperature of the adsorbent 3 increases.
  • the circulation pump 19 is activated, which then promotes the engine oil from the oil pan 18 through the heat exchanger 15 and back to the oil pan 18, wherein the engine oil absorbs the released adsorption and is heated.
  • the engine oil reaches a desired operating temperature of, for example, 120 ° C, in which it has favorable viscosity properties, in a shorter time than without the transfer of the heat of adsorption.
  • the conveyed from the vehicle cabin air contains after flowing through the adsorption unit 2, a smaller amount of water vapor, so that the air of the Vehicle cabin is dried by the back flowing, drier air. This can prevent annoying at low outside temperatures fogging the windows of the vehicle cab.
  • the valve unit 5 is controlled in a first step by the control and control unit 4 such that the vacuum valve 6 is opened and the first 3/2 after commissioning of the motor vehicle.
  • Directional valve 7 and the second 3/2-way valve 8 are in the rest position.
  • the control and control unit 4 detects the temperatures determined by the temperature sensors 11, 13 at regular intervals. Further, the control and control unit 4 at each temperature detection forms a difference in the temperature of the adsorbent 3 and the temperature of the engine oil and compares this difference with a first predetermined value ATi, which is stored in a storage unit of the control and control unit 4, and 10, for example ° C (or 10 K).
  • the control and control unit 4 is provided to form a difference in the temperature of the engine oil and the temperature of the adsorbent 3 at each temperature detection and with a second predetermined value AT 2 , which is stored in the memory unit of the control and control unit 4 and for example 20 ° C, to be compared.
  • a valve unit 5 prepares Asked access route for air to the adsorbent 3 of the control and control unit 4 by appropriate control of the valve unit 5 is opened, the vacuum valve 6 is open and the first 3/2-way valve 7 and the second 3/2-way valve 8 in the rest position are located.
  • the access path for air to the adsorbent 3 provided by the valve unit 5 is transmitted by the control and regulation unit 4 corresponding control of the valve unit 5 is closed.
  • the heating and drying device 1 is then prepared again for the transmission of heat to the engine oil or for drying the air of the vehicle cabin when the motor vehicle is put into operation again and the temperature of the engine oil substantially corresponds to the outside temperature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft: eine Heiz- und Trocknungsvorrichtung (1) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, ein Verfahren zur Verwendung einer derartigen Heiz- und Trocknungsvorrichtung (1) zum Erhöhen der Temperatur eines Betriebsfluids (17) des Kraftfahrzeugs und/oder zum Trocknen von Luft einer Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs und ein Heiz- und Trocknungssystem mit einer derartigen Heiz- und Trocknungsvorrichtung (1) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Die Heiz- und Trocknungsvorrichtung umfasst eine Adsorptionseinheit (2) mit einem Adsorbens (3), das zur reversiblen Adsorption bzw. Desorption von Wasser geeignet ist. Ein Wärmeübertrager (15) steht sowohl mit dem Adsorbens (3) der Adsorptionseinheit (2) als auch mit einer zumindest im Betrieb des Kraftfahrzeugs aktiven Abwärmequelle(16) in Wärme übertragendem Kontakt und ist dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand Wärme von der Abwärmequelle (16) auf das Adsorbens (3) der Adsorptionseinheit (2) zu übertragen. Eine Ventileinheit (5) ist vorgesehen zur Bereitstellung von Zugangswegen von Luft zum Adsorbens (3) sowie zur Kontrolle eines Zugangs der Luft zum Adsorbens (3). Die Abwärmequelle (16) ist von einem Betriebsfluid (17) des Kraftfahrzeugs gebildet und der Wärmeübertrager (15) steht dadurch auch mit dem Betriebsfluid (17) des Kraftfahrzeugs in Wärme übertragendem Kontakt und ist dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand Wärme vom Adsorbens (3) auf das Betriebsfluid (17) des Kraftfahrzeugs zu übertragen.

Description

HEIZ- UND TROCKNUNGSVORRICHTUNG ZUR VERWENDUNG IN
KRAFTFAHRZEUGEN
[0001 ] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heiz- und Trocknungsvorrichtung zur Verwendung in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur eines Betriebsfluids eines Kraftfahrzeugs und/oder zum Trocknen von Luft einer Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
Stand der Technik
[0002] Im Stand der Technik sind Heiz- und Trocknungsvorrichtungen mit Adsorptionseinheiten zur Verwendung in Kraftfahrzeugen bekannt. Die Adsorptionseinheiten beinhalten ein Adsorptionsmittel (Adsorbens), das zur reversiblen Adsorption und Desorption von Wasserdampf geeignet ist. Zur Desorption des Wasserdampfs vom Adsorbens (Trocknung) muss Energie aufgebracht werden, die bei einer anschließenden Adsorption von Wasserdampf durch das Adsorbens freigesetzt wird. Beispielsweise sind Zeolithe und Kieselgele (Silicagel) als geeignete Adsorptionsmittel bekannt.
[0003] Die europäische Patentanmeldung EP 1 547 834 A1 beschreibt ein Konditionierungssystem für ein Fahrzeug, mit welchem Konditionierungssystem die in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft konditioniert werden kann. Das Konditionierungssystem umfasst eine von der Luft durch ström bare Trockeneinrichtung, durch welche der Luft Feuchtigkeit entziehbar ist. Die Trockeneinrichtung umfasst zu diesem Zweck eine von der in den Innenraum einzuleitenden Luft durch ström bare Zeolith-Anordnung. Um die Zeolith-Anordnung wieder in einen Zustand zur erneuten Feuchtigkeitsaufnahme zu bringen, wird die Trockeneinrichtung durch Zufuhr von Wärme aus einer Wärmequelle erwärmt. Die Wärmequelle kann von einem brennstoffbetriebenen Brenner oder/und einem Abgasführungssystem einer Brennkraftmaschine oder/und einer Brennstoffzelle oder/und einem elektrisch betreibbaren Heizer gebildet sein.
[0004] In der Patentanmeldung DE 102 33 762 A1 ist eine Vorrichtung zur Klimatisierung von Kraftfahrzeugen beschrieben, mittels derer ein für Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen erforderlicher Kraftstoffmehrverbrauch verringert werden kann. Die Vorrichtung umfasst einen Dampf ad sorber, der in Strömungsverbindung mit einem durch Entzug von Verdampfungswärme gekühlten Flüssigkeitsvorrat eines Wärmetauschers oder mit einem vor einer Abkühlung durch einen Kühlkompressor zu entfeuchtenden Luftstrom steht, wobei der Dampfadsorber durch die Abwärme des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Abwärme der Auspuffanlage des Kraftfahrzeugs, unter Austreibung des aufgenommenen Dampfes regenerierbar ist. Zur Bildung des Dampfadsorbers werden vorzugsweise Zeolithe eingesetzt. Über eine Verbindung mit einem Kühlkreislauf für den Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs lässt sich bei nicht erforderlicher Klimatisierung, vor allem im Winterbetrieb des Fahrzeugs, eine schnelle Erwärmung des Kühlwassers für den Antriebsmotor erreichen, indem die bei Wasserdampfaufnahme durch den Zeolithadsorber erzeugte Wärme dem Kühlwasser zugeführt wird.
[0005] Ein weiterer Luftentfeuchter für ein Kraftfahrzeug ist in der Patentschrift DE 100 45 974 C1 beschrieben. Mit dem Luftentfeuchter wird insbesondere während des Kaltstarts feuchte Luft aus dem Fahrzeuginnenraum angesaugt, einem mit einem hydrophilen Sorbens gefüllten Trocknungsaggregat zugeführt und von dort getrocknet wieder zum Fahrzeuginnenraum zurückgeführt. Das hydrophile Sorbens, das von Salz gebildet ist, befindet sich in einem am Motorblock in Wärmekontakt mit dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs befestigten Gefäß.
Offenbarung der Erfindung
[0006] Bei niedrigen Außentemperaturen befinden sich Kraftfahrzeuge bei Fahrtantritt oftmals unterhalb gewünschter Betriebstemperaturen. Dies gilt sowohl für Temperaturen der Betriebsfluide des Kraftfahrzeugs, beispielsweise Motoröl oder Kühlmittel, als auch für eine Fahrzeugkabinentemperatur des Kraftfahrzeugs. Des Weiteren wird die relative Feuchte in der Fahrzeugkabine nach Fahrtantritt durch das Atmen und/oder Schwitzen von Insassen des Kraftfahrzeugs rasch erhöht, so dass es zur Bildung von Kondensat an den Scheiben kommen kann, durch das für Insassen der Fahrzeugkabine, insbesondere für den Fahrer des Kraftfahrzeugs, die Sicht erschwert sein kann. [0007] Es ist aus Gründen eines hohen Wirkungsgrads und aus Komfort- und Sicherheitsgründen wünschenswert, die genannten Temperaturen so schnell wie möglich auf die gewünschten Betriebstemperaturen zu bringen und/oder die relative Feuchte des Fahrzeuginnenraums zu senken. Dieses Ziel wird durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung erreicht.
[0008] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Heiz- und Trocknungsvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, umfassend:
• eine Adsorptionseinheit mit einem Adsorbens, das zur reversiblen Adsorption bzw. Desorption von Wasser geeignet ist,
• einen Wärmeübertrager, der sowohl mit dem Adsorbens der Adsorptionseinheit als auch mit einer zumindest im Betrieb des Kraftfahrzeugs aktiven Abwärmequelle in Wärme übertragendem Kontakt steht und dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand Wärme von der Abwärmequelle auf das Adsorbens der Adsorptionseinheit zu übertragen, und
• eine Ventileinheit, die zur Bereitstellung von Zugangswegen von Luft zum Adsorbens sowie zur Kontrolle eines Zugangs der Luft zum Adsorbens vorgesehen ist.
[0009] Unter "Adsorption/Desorption von Wasser" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine physikalische Adsorption/Desorption verstanden werden, bei der Wassermoleküle an der Oberfläche des Adsorbens ohne Bildung/Auflösung von chemischen Bindungen angereichert/abgelöst werden.
[0010] Diese Wassermoleküle stammen entweder aus der Luft (als Wasserdampf) und/oder werden durch eine spezielle Vorrichtung als flüssiges Wasser auf die Oberfläche des Adsorbens aufgebracht. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass das flüssige Wasser auch ein Frostschutzmittel enthalten kann.
[001 1 ] Es wird vorgeschlagen, dass die die Abwärmequelle von einem Betriebsfluid des Kraftfahrzeugs gebildet ist und der Wärmeübertrager dadurch auch mit dem Betriebsfluid des Kraftfahrzeugs in Wärme übertragendem Kontakt steht und dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand Wärme vom Adsorbens auf das Betriebsfluid des Kraftfahrzeugs zu übertragen. [0012] Mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung kann vorteilhaft eine während des Betriebs des Kraftfahrzeugs entstehende Abwärme gespeichert und dazu benutzt werden, das Betriebsfluid des Kraftfahrzeugs bei einem zukünftigen Fahrtantritt in geringerer Zeit auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu erwärmen.
[0013] Ferner kann in einer geeigneten Ausgestaltung während des zukünftigen Fahrtantritts der Wasserdampfgehalt der in der Fahrzeugkabine befindlichen Luft reduziert werden, so dass ein Beschlagen der Scheiben durch kondensierenden Wasserdampf reduziert oder verhindert werden kann, wodurch sich die Fahrsicherheit erhöhen lässt.
[0014] Da die physikalische Adsorption des Wassers durch das Adsorbens bzw. die physikalische Desorption des Wassers vom Adsorbens im Wesentlichen reversibel; d.h. ohne Energieverlust, abläuft, kann die Wärmeübertragung besonders effizient durchgeführt werden.
[0015] Als Adsorbens werden bevorzugt Zeolithe (z.B. NaY, 13X), Kieselgele (Silicagele, z.B. Köstrosorb®) usw. eingesetzt.
[0016] Zudem wird vorgeschlagen, dass die Adsorptionseinheit ein hermetisch abdichtbares Gehäuse zur Aufnahme des Adsorbens aufweist. Unter„hermetisch abgeschlossen" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass ein Austausch von Gasen oder Flüssigkeiten zwischen dem Gehäuse und dem umgebenden Außenraum verhindert ist.
[0017] Dadurch kann eine lange Speicherzeit der Adsorptionsenergie erreicht werden, obwohl die Temperatur des Adsorbens sich während einer Unterbrechung des Betriebs des Kraftfahrzeugs der Umgebungstemperatur annähert.
[0018] Wenn das Betriebsfluid des Fahrzeugs aus einer Gruppe ausgewählt ist, die von Getriebeöl, Motoröl und Kühlmittel gebildet ist, können durch das beschleunigte Erreichen der gewünschten Betriebstemperaturen Reibungsverluste durch hohe Viskosität verringert bzw. ein Betriebspunkt des Motors mit hohem Wirkungsgrad schneller erreicht werden, wodurch ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs erzielt werden kann.
[0019] Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zumindest einer der durch die Ventileinheit bereitgestellten Zugangswege von einer luftleitungsfähigen Verbindung zwischen einer Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs und einem die Fahrzeugkabine umgebenden Raum gebildet ist. Dadurch kann in einer geeigneten Ausgestaltung bei sehr geringen Außentemperaturen, beispielsweise bei einer Temperatur unterhalb von 0°C, bei der der Wasserdampfpartialdruck der Luft sehr gering ist, durch Zugang der Luft aus der Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs Wasserdampf zum Adsorbens zugeführt werden, der durch die Atmung und/oder Schwitzen zumindest des Fahrers des Kraftfahrzeugs erzeugt wurde. Dadurch kann eine sichere Freisetzung der Adsorptionsenergie am Adsorbens gewährleistet und gleichzeitig der Wasserdampfgehalt der Luft in der Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs gesenkt werden.
[0020] Wenn die Ventileinheit der Heiz- und Trocknungsvorrichtung zumindest ein Vakuumventil aufweist, kann erreicht werden, dass das sich nach einer Unterbrechung des Betriebs des Kraftfahrzeugs abkühlende Gehäuse der Adsorptionseinheit weiterhin hermetisch abdichtbar ist, wodurch eine unerwünschte Adsorption von Wasser bzw Wasserdampf am Adsorbens weitgehend vermieden werden kann.
[0021 ] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Heiz- und Trocknungsvorrichtung eine Lüftungseinheit, die dazu vorgesehen ist, Luft auf zumindest einem der durch die Ventileinheit bereitgestellten Zugangswege zu befördern. Dadurch kann auch während einer Standphase des Kraftfahrzeugs Wasser zum Adsorbens zugeführt und die freiwerdende Adsorptionswärme vom Adsorbens auf das Betriebsfluid des Kraftfahrzeugs übertragen werden.
[0022] Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Adsorptionseinheit der Heiz- und Trocknungsvorrichtung entweder in ein zur Aufnahme des Betriebsfluids des Fahrzeugs vorgesehenes Behältnis oder in die im Betrieb des Kraftfahrzeugs aktive Abwärmequelle integriert ist. Unter „integriert" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Adsorptionseinheit von dem Behältnis bzw. der Abwärmequelle im Wesentlichen vollständig umschlossen ist oder dass die Adsorptionseinheit und das Behältnis bzw. die Abwärmequelle zumindest ein gemeinsames Gehäuseelement aufweisen.
[0023] Auf diese Weise können durch kurze Wegstrecken zwischen der Adsorptionseinheit und dem Betriebsfluid bzw. der Abwärmequelle gute Wärmeübertragungswerte zur Übertragung der Wärme erzielt sowie Bauteile eingespart werden.
[0024] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
• Erhöhen der Temperatur eines Betriebsfluids eines Kraftfahrzeugs und/oder zum
• Trocknen von Luft einer Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer Heiz- und Trocknungsvorrichtung gemäß einer der zuvor offenbarten Aus- und Weiterbildungen oder einer Kombination davon.
[0025] Das Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende Schritte:
• Bereitstellen, mittels der Ventileinheit, eines Zugangswegs für Luft aus zumindest einem von Lufträumen, die von dem die Fahrzeugkabine umgebenden Raum und der Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs gebildet sind, zum Adsorbens,
• Bereitstellen, mittels der Ventileinheit, eines Zugangswegs für Luft vom Adsorbens zu zumindest einem der Lufträume, die von dem die Fahrzeugkabine umgebenden Raum und der Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs gebildet sind, und
• Übertragen von Wärme von der Adsorptionseinheit auf das Betriebsfluid des Kraftfahrzeugs.
[0026] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die Heiz- und Trocknungsvorrichtung zusätzlich einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des Adsorbens, einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des Betriebsfluids und einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur der Abwärmequelle des Kraftfahrzeugs, und das Verfahren beinhaltet als Schritt ein Schließen der mittels der Ventileinheit bereit- gestellten Zugangswege für Luft, wenn nach einem Anstieg der Temperatur des Adsorbens aufgrund von Adsorption von Wasser durch das Adsorbens eine Differenz der Temperatur des Adsorbens und der Temperatur des Betriebsfluids des Kraftfahrzeugs einen ersten vorbestimmten Wert unterschreitet.
[0027] Zum Zwecke der Desorption des adsorbierten Wassers auf dem Adsorbens umfasst das Verfahren als Schritt ein Öffnen der mittels der Ventileinheit bereitgestellten Zugangswege für Luft, wenn die Differenz der Temperatur der Abwärmequelle des Kraftfahrzeugs und der Temperatur des Adsorbens einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet.
[0028] Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung eines Heiz- und Trocknungssystems zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Das Heiz- und Trocknungssystem umfasst eine Ausführungsform einer der beschriebenen Heiz- und Trocknungsvorrichtungen oder einer Kombination davon, wobei die Ventileinheit zumindest ein ansteuerbares Ventil umfasst. Unter einem„ansteuerbaren Ventil" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Ventil verstanden werden, dessen Ventilstellungen aus der Ferne von einer extern veränderbaren Ansteuerungsgröße verändert werden können. Insbesondere können die extern veränderbaren Ansteuerungsgrößen von Druckluft (pneumatisch ansteuerbares Ventil), einer hydraulischen Flüssigkeit, einer elektrischen Spannung (elektromagnetisch ansteuerbares Ventil) oder einer mechanischen Kraft gebildet sein.
[0029] Ferner beinhaltet das Heiz- und Trocknungssystem einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des Adsorbens, einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur der Abwärmequelle des Kraftfahrzeugs, einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des Betriebsfluids des Kraftfahrzeugs und eine Kontroll- und Steuerungseinheit, die dazu vorgesehen ist, die Ventileinheit zur Bereitstellung von Zugangswegen von Luft zum Adsorbens sowie zur Kontrolle des Zugangs von Luft zum Adsorbens in Abhängigkeit von mit den Temperatursensoren bestimmten Temperaturen anzusteuern.
[0030] Auf diese Weise können die Speicherung der Abwärme und die Erwärmung des Betriebsfluids des Kraftfahrzeugs bei einem zukünftigen Fahrtantritt zuverlässig und automatisch, ohne Zutun eines Benutzers, erreicht werden. [0031 ] In einer bevorzugten Ausführungsform des Heiz- und Trocknungssystems ist die Kontroll- und Steuerungseinheit dazu vorgesehen, die mittels der Ventileinheit bereitgestellten Zugangswege für Luft zum Adsorbens zu schließen, wenn nach einem Anstieg der Temperatur des Adsorbens aufgrund von Adsorption von Wasserdampf durch das Adsorbens eine Differenz der Temperatur des Adsorbens und einer Temperatur des Betriebsfluids des Kraftfahrzeugs einen ersten vorbestimmten Wert unterschreitet. Der erste vorbestimmte Wert kann vorteilhaft in einer Speichereinheit der Kontroll- und Steuerungseinheit hinterlegt sein. Dadurch kann in einer Anfangsphase eines Betriebs des Kraftfahrzeugs aus einem Zustand, in dem die Temperaturen der Betriebsfluide unterhalb der gewünschten Betriebstemperaturen liegen, in effizienter Weise Wärme auf das Betriebsfluids übertragen werden.
[0032] Ferner ist die Kontroll- und Steuerungseinheit dazu vorgesehen, die mittels der Ventileinheit bereitgestellten Zugangswege für Luft zum Adsorbens zu öffnen, wenn eine Differenz der Temperatur der Abwarmequelle des Kraftfahrzeugs und der Temperatur des Adsorbens einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet. Der zweite vorbestimmte Wert kann vorteilhaft ebenfalls in der Speichereinheit der Kontroll- und Steuerungseinheit hinterlegt sein.
[0033] Dadurch kann in effizienter Weise und automatisch eine Desorption des am Adsorbens adsorbierten Wassers unter Ausnutzung der Wärme aus der Abwärmequelle des Kraftfahrzeugs erzielt werden, wodurch die Heiz- und Trocknungsvorrichtung für einen neuerlichen Einsatz zur Übertragung von Wärme auf das Betriebsfluid des Kraftfahrzeugs vorbereitet ist.
Zeichnung
[0034] Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
[0035] Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heiz- und Trocknungssystems zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0036] Fig. 1 zeigt in einem Fließschema eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heiz- und Trocknungssystems zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Obwohl das Heiz- und Trocknungssystem im Folgenden anhand einer Verwendung in einem als Personenkraftwagen mit Verbrennungsmotor ausgebildeten Kraftfahrzeugs beschrieben wird, kann es generell auch in anderen Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb, Einsatz finden.
[0037] Das Heiz- und Trocknungssystem umfasst eine Heiz- und Trocknungsvorrichtung 1 , mehrere Temperatursensoren 1 1 , 12, 13 und eine Kontroll- und Steuerungseinheit 4.
[0038] Die Heiz- und Trocknungsvorrichtung 1 weist eine Adsorptionseinheit 2 mit einem von Zeolith gebildeten Adsorbens 3 auf, das zur reversiblen Adsorption bzw. Desorption von Wasserdampf bzw von Wasser in flüssiger Form gegebenenfalls von einem Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel geeignet ist. Das Adsorbens 3 ist in einem hermetisch abdichtbaren Gehäuse der Adsorptionseinheit 2 angeordnet. Das Gehäuse besteht überwiegend aus Vakuum-dichtem Kunststoff und ist mit einer Wärmedämmung versehen, so dass das Adsorbens 3 gegenüber der Umgebung in ausreichender Weise wärmeisoliert ist.
[0039] Zudem weist die Heiz- und Trocknungsvorrichtung 1 einen Wärmeübertrager 15 auf, der im Gehäuse der Adsorptionseinheit 2 integriert ist. Der Wärmeübertrager 15 steht sowohl mit dem Adsorbens 3 der Adsorptionseinheit 2 als auch mit einer zumindest im Betrieb des Kraftfahrzeugs aktiven Abwärmequelle 16 in Wärme übertragendem Kontakt und ist aus Metall gefertigt, um gute Wärmeübertragungswerte zum Adsorbens 3 zu erreichen.
[0040] Die im Betrieb des Kraftfahrzeugs aktive Abwärmequelle 16 ist von einem Betriebsfluid 17 des Kraftfahrzeugs gebildet. Anschlussverbindungen des Wärmeübertragers 15 sind aus dem Gehäuse der Adsorptionseinheit 2 herausgeführt, ohne dessen Abdichtung gegenüber der Umgebung zu beeinträchtigen, und mit gegenüberliegenden Seiten der Ölwanne 18 verbunden. Eine Umwälzpumpe 19 der Heiz- und Trocknungsvorrichtung 1 ist dazu vorgesehen, bei Aktivierung das Motoröl aus der Ölwanne 18 durch den zweiten Wärmeübertrager 15 zurück zur Ölwanne zu fördern. Der Wärmeübertrager 15 ist auf diese Weise dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand Wärme von dem Betriebsfluid 17 des Kraftfahrzeugs auf das Adsorbens 3 der Adsorptionseinheit 2 zu übertragen.
[0041 ] Das Betriebsfluid 17 des Kraftfahrzeugs ist von Motoröl gebildet, das in einer Ölwanne 18 des Kraftfahrzeugs aufgenommen ist. Alternativ kann das Betriebsfluid 17 auch von Getriebeöl oder Kühlmittel gebildet sein, wobei die dafür geeigneten, bekannten Gehäuse Einsatz finden. Der Wärmeübertrager 15 ist auch dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand Wärme vom Adsorbens 3 auf das Betriebsfluid 17 des Kraftfahrzeugs zu übertragen.
[0042] Ferner beinhaltet die Heiz- und Trocknungsvorrichtung 1 eine Ventileinheit 5, die ein Vakuumventil 6 und zwei 3/2-Wegeventile 7, 8 umfasst. Sowohl das Vakuumventil 6 als auch die zwei 3/2-Wegeventile 7, 8 sind elektrisch ansteuerbar. Die Ventileinheit 5 ist zur Bereitstellung von Zugangswegen von Luft zum Adsorbens 3 sowie zur Kontrolle eines Zugangs der Luft zum Adsorbens 3 vorgesehen. Das Vakuumventil 6 ist so ausgeführt, dass es zwei Einlass- und zwei Auslassöffnungen aufweist. In einer ersten Stellung kann das Vakuumventil 6 die Adsorptionseinheit 2 hermetisch abdichten. In einer zweiten Stellung des Vakuumventils 6 sind ein Zugangsweg der Luft durch das Vakuumventil 6 zum Adsorbens 3 und ein Zugangsweg der Luft vom Adsorbens 3 durch das Vakuumventil 6 voneinander getrennt, so dass die Luft in der Adsorptionseinheit 2 gerichtet strömen kann.
[0043] In einer Ruhestellung des ersten 3/2-Wegeventils 7 ist ein Anschluss 9i des 3/2-Wegeventils 7 fluidtechnisch mit der von der Adsorptionseinheit 2 abgewandten Einlassöffnung des Vakuumventils 6 verbunden. In einer Ruhestellung des zweiten 3/2-Wegeventils 8 ist ein Anschluss 10i des 3/2-Wegeventils 8 fluidtechnisch mit der von der Adsorptionseinheit 2 abgewandten Auslassöffnung des Vakuumventils 6 verbunden. Die Fig. 1 zeigt die beiden 3/2-Wegeventile 7, 8 in der Ruhestellung.
[0044] Die beiden verbleibenden Anschlüsse 92, 93 des ersten 3/2-Wegeventils 7 sind fluidtechnisch mit dem Umgebungsraum bzw. einer Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs verbunden. Die beiden verbleibenden Anschlüsse I O2, I O3 des zweiten 3/2-Wegeventils sind ebenfalls mit dem Umgebungsraum bzw. mit der Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs verbunden.
[0045] Wie zuvor erwähnt, beinhaltet das Heiz- und Trocknungssystem mehrere Temperatursensoren 1 1 , 12, 13, nämlich einen Temperatursensor 1 1 zur Bestimmung der Temperatur des Adsorbens 3, einen Temperatursensor 12 zur Bestimmung der Temperatur der Abwärmequelle 16 des Kraftfahrzeugs und einen Temperatursensor 13 zur Bestimmung der Temperatur des Betriebsfluids 17 des Kraftfahrzeugs. Zusätzlich kann auch noch ein Außentemperatursensor angeschlossen sein (nicht dargestellt). Die Temperatursensoren 1 1 , 12, 13 und gegebenenfalls der Außentemperatursensor sind mit der Kontroll- und Steuerungseinheit 4 mittels elektrischer Leitungen oder drahtlos verbunden. Die von den Temperatursensoren 1 1 , 12, 13 und gegebenenfalls dem Außentemperatursensor bestimmten Temperaturen werden von der Kontroll- und Steuerungseinheit 4 in gleichmäßigen Zeitabständen erfasst.
[0046] Die Kontroll- und Steuerungseinheit 4 ist dazu vorgesehen, die Ventileinheit 5 zur Bereitstellung von Zugangswegen von Luft zum Adsorbens 3 sowie zur Kontrolle des Zugangs von Luft zum Adsorbens 3 in Abhängigkeit von mit den Temperatursensoren 1 1 , 12, 13 und gegebenenfalls dem Außentemperatursensor bestimmten Temperaturen anzusteuern.
[0047] Im Folgenden wird ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur des Betriebsfluids 17 des Kraftfahrzeugs und zum Trocknen der Luft der Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs unter Verwendung der Heiz- und Trocknungsvorrichtung 1 beschrieben. Dabei wird davon ausgegangen, dass alle beteiligten Komponenten und Vorrichtungen sich in einem betriebsbereiten Zustand befinden und gemäß der Fig. 1 angeordnet bzw. miteinander verbunden sind. Das Adsorbens 3 soll sich in einem Zustand ohne adsorbierten Wasser befinden, und die Temperaturen der Betriebsfluide des Kraftfahrzeugs entsprechen im Wesentlichen der Außentemperatur.
[0048] Die Abwärmequelle 16 des Kraftfahrzeugs ist somit durch das Betriebsfluid 17 des Kraftfahrzeugs gegeben, das von dem in der Ölwanne 18 befindlichen Motoröl gebildet ist. In einem ersten Betriebszustand ist daher der Wärmeübertrager 15 dazu vorgesehen, Wärme vom Adsorbens 3 auf das Motoröl des Kraftfahrzeugs übertragen, und in einem zweiten Betriebszustand dazu, Wärme vom Motoröl des Kraftfahrzeugs auf das Adsorbens 3 der Adsorptionseinheit 2 zu übertragen.
[0049] Bei niedrigen Außentemperaturen (um +5°C oder darunter) wird nach der Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs die Ventileinheit 5 in einem ersten Schritt durch die Kontroll- und Steuerungseinheit 4 derart angesteuert, dass das Vakuumventil 6 geöffnet ist und das erste 3/2-Wegeventil 7 und das zweite 3/2-Wegeventil 8 sich in der Aktivstellung befinden. Dadurch ist über die Anschlüsse 93 und 9i ein Zugangsweg für Luft aus der Fahrzeugkabine durch das Vakuumventil 6 und das Adsorbens 3 und erneut durch das Vakuumventil 6 zurück über die Anschlüsse 10i und I O3 in die Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Zur Beförderung der Luft auf diesem durch die Ventileinheit 5 bereitgestellten Zugangsweg kann eine als Ventilator ausgebildete Lüftungseinheit (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
[0050] Da das Adsorbens 3 sich in einem trockenen Zustand befindet, wird es einen Teil des Wasserdampfs aus der Fahrzeugkabine adsorbieren, wobei die Adsorptionsenergie frei wird und die Temperatur des Adsorbens 3 sich erhöht.
[0051 ] In einem nächsten Schritt wird die Umwälzpumpe 19 aktiviert, die daraufhin das Motoröl aus der Ölwanne 18 durch den Wärmeübertrager 15 und zurück zur Ölwanne 18 fördert, wobei das Motoröl die freiwerdende Adsorptionsenergie aufnimmt und erwärmt wird. Durch die Übertragung von Wärme von der Adsorptionseinheit 2 erreicht das Motoröl eine gewünschte Betriebstemperatur von beispielsweise 120°C, in der es günstige Viskositätseigenschaften aufweist, in kürzerer Zeit als ohne die Übertragung der Adsorptionswärme.
[0052] Die aus der Fahrzeugkabine geförderte Luft enthält nach Durchströmen der Adsorptionseinheit 2 eine geringere Menge an Wasserdampf, so dass die Luft der Fahrzeugkabine durch die zurückströmende, trockenere Luft getrocknet wird. Dadurch lässt sich das bei niedrigen Außentemperaturen lästige Beschlagen der Scheiben der Fahrzeugkabine verhindern.
[0053] Bei höheren Außentemperaturen (mehr als +5°C) wird nach der Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs die Ventileinheit 5 in einem ersten Schritt durch die Kontroll- und Steuerungseinheit 4 derart angesteuert, dass das Vakuumventil 6 geöffnet ist und das erste 3/2-Wegeventil 7 und das zweite 3/2-Wegeventil 8 sich in der Ruhestellung befinden. Dadurch ist über die Anschlüsse 92 und 9i ein Zugangsweg für Luft aus der Umgebung durch das Vakuumventil 6 und das Adsorbens 3 und erneut durch das Vakuumventil 6 über die Anschlüsse 10i und I O2 in die Umgebung bereitgestellt, bzw. über I O3 in die Fahrzeugkabine geleitet werden. .
[0054] Die Kontroll- und Steuerungseinheit 4 erfasst die von den Temperatursensoren 11 , 13 bestimmten Temperaturen in gleichmäßigen Zeitabständen. Ferner bildet die Kontroll- und Steuereinheit 4 bei jeder Temperaturerfassung eine Differenz der Temperatur des Adsorbens 3 und der Temperatur des Motoröls und vergleicht diese Differenz mit einem ersten vorbestimmten Wert ATi, der in einer Speichereinheit der Kontroll- und Steuereinheit 4 hinterlegt ist, und beispielsweise 10°C (bzw. 10 K) beträgt. Wenn nach dem Anstieg der Temperatur des Adsorbens 3 aufgrund der Adsorption von Wasserdampf die Differenz der Temperatur des Adsorbens 3 und der Temperatur des Motoröls den ersten vorbestimmten Wert ΔΤ1 unterschreitet, wird der mittels der Ventileinheit 5 bereitgestellte Zugangsweg für Luft zum Adsorbens 3 von der Kontroll-und Steuerungseinheit 4 durch entsprechende Ansteuerung des Vakuumventils 6 geschlossen und die Umwälzpumpe abgeschaltet.
[0055] In dieser Phase nimmt die Temperatur des Adsorbens 3 langsam ab, während die Temperatur des Motoröls durch den weiteren Betrieb des Kraftfahrzeugs weiter ansteigt. Die Kontroll- und Steuerungseinheit 4 ist dazu vorgesehen, bei jeder Temperaturerfassung eine Differenz der Temperatur des Motoröls und der Temperatur des Adsorbens 3 zu bilden und mit einem zweiten vorbestimmten Wert AT2, der in der Speichereinheit der Kontroll- und Steuereinheit 4 hinterlegt ist und beispielsweise 20°C beträgt, zu vergleichen. Wenn die Differenz den zweiten vorbestimmten Wert ΔΤ2 überschreitet, wird ein mittels der Ventileinheit 5 bereit- gestellter Zugangsweg für Luft zum Adsorbens 3 von der Kontroll- und Steuerungseinheit 4 durch entsprechende Ansteuerung der Ventileinheit 5 geöffnet, wobei das Vakuumventil 6 geöffnet ist und das erste 3/2-Wegeventil 7 und das zweite 3/2- Wegeventil 8 sich in der Ruhestellung befinden.
[0056] Dadurch ist über die Anschlüsse 92 und 9i ein Zugangsweg für Luft aus der Umgebung durch das Vakuumventil 6 und das Adsorbens 3 und erneut durch das Vakuumventil 6 über die Anschlüsse 10i und I O2 in die Umgebung bereitgestellt. Mit Erreichen des zweiten vorbestimmten Wertes ΔΤ2 wird gleichzeitig die Umwälzpumpe ^ aktiviert, die daraufhin das Motoröl aus der Ölwanne 18 durch den Wärmeübertrager 15 und zurück zur Ölwanne 18 fördert, wobei das Motoröl Wärme an das Adsorbens 3 abgibt. Durch die Übertragung von Wärme des entsprechenden Temperaturniveaus auf das Adsorbens 3 kann das Adsorbens 3 den adsorbierten Wasserdampf wieder desorbieren. Erreicht die Temperatur des Adsorbens 3 in dieser Phase einen dritten vorbestimmten Wert ΔΤ3, der in der Speichereinheit der Kontroll- und Steuerungseinheit 4 hinterlegt ist, wird der mittels der Ventileinheit 5 bereitgestellte Zugangsweg für Luft zum Adsorbens 3 von der Kontroll- und Steuerungseinheit 4 durch entsprechende Ansteuerung der Ventileinheit 5 geschlossen. Die Heiz- und Trocknungsvorrichtung 1 ist dann wieder zur Übertragung von Wärme auf das Motoröl bzw. zum Trocknen der Luft der Fahrzeugkabine vorbereitet, wenn das Kraftfahrzeug erneut in Betrieb gesetzt wird und die Temperatur des Motoröls im Wesentlichen der Außentemperatur entspricht.
Liste der Bezugszeichen
1 Heiz- und Trocknungsvorrichtung
2 Adsorptionseinheit
3 Adsorbens
4 Kontroll- und Steuerungseinheit
5 Ventileinheit
6 Vakuumventil
7 3/2-Wegeventil
8 3/2-Wegeventil
9 Ventilanschluss
10 Ventilanschluss
1 1 Temperatursensor Adsorbens
12 Temperatursensor Abwärmequelle
13 Temperatursensor Betriebsfluid
15 Wärmeübertrager
16 Abwärmequelle
17 Betriebsfluid
18 Ölwanne
19 Umwälzpumpe
ΔΤι Temperaturdifferenz
ΔΤ2 Temperaturdifferenz
ΔΤ3 Temperaturdifferenz

Claims

Ansprüche
1 . Heiz- und Trocknungsvorhchtung (1 ) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, umfassend:
• eine Adsorptionseinheit (2) mit einem Adsorbens (3), das zur reversiblen Adsorption bzw. Desorption von Wasser geeignet ist,
• einen Wärmeübertrager (15), der sowohl mit dem Adsorbens (3) der Adsorptionseinheit (2) als auch mit einer zumindest im Betrieb des Kraftfahrzeugs aktiven Abwärmequelle (16) in Wärme übertragendem Kontakt steht und dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand Wärme von der Abwärmequelle (16) auf das Adsorbens (3) der Adsorptionseinheit (2) zu übertragen, und
• eine Ventileinheit (5), die zur Bereitstellung von Zugangswegen von Luft zum Adsorbens (3) sowie zur Kontrolle eines Zugangs der Luft zum Adsorbens (3) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abwärmequelle (16) von einem Betriebsfluid (17) des Kraftfahrzeugs gebildet ist und der Wärmeübertrager (15) dadurch auch mit dem Betriebsfluid (17) des Kraftfahrzeugs in Wärme übertragendem Kontakt steht und dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand Wärme vom Adsorbens (3) auf das Betriebsfluid (17) des Kraftfahrzeugs zu übertragen.
2. Heiz- und Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorptionseinheit (2) ein hermetisch abdichtbares Gehäuse zur Aufnahme des Adsorbens (3) aufweist.
3. Heiz- und Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorption bzw. die Desorption von Wasser, eine Adsorption bzw. Desorption von Wasserdampf und/oder flüssigem Wasser bzw von einem flüssigen Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel umfasst.
4. Heiz- und Trocknungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsfluid (17) des Kraftfahrzeugs aus einer Gruppe ausgewählt ist, die von Getriebeöl, Motoröl und Kühlmittel gebildet ist.
5. Heiz- und Trocknungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der durch die Ventileinheit (5) bereitgestellten Zugangswege von einer luftleitungsfähigen Verbindung zwischen einer Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs und einem die Fahrzeugkabine umgebenden Raum gebildet ist.
6. Heiz- und Trocknungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (5) zumindest ein Vakuumventil (6) aufweist.
7. Heiz- und Trocknungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Lüftungseinheit, die dazu vorgesehen ist, Luft auf zumindest einem der durch die Ventileinheit (5) bereitgestellten Zugangswege zu befördern.
8. Heiz- und Trocknungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorptionseinheit (2) entweder in ein zur Aufnahme des Betriebsfluids (17) des Fahrzeugs vorgesehenes Behältnis (18) oder in die im Betrieb des Kraftfahrzeugs aktive Abwärmequelle (16) integriert ist.
9. Verfahren zum zumindest einen aus
• einem Erhöhen der Temperatur eines Betriebsfluids (17) eines Kraftfahrzeugs und
• einem Trocknen von Luft einer Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs
• unter Verwendung einer Heiz- und Trocknungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
• Bereitstellen, mittels der Ventileinheit (5), eines Zugangswegs für Luft aus zumindest einem von Lufträumen, die von dem die Fahrzeugkabine umgebenden Raum und der Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs gebildet sind, zum Adsorbens (3),
• Bereitstellen, mittels der Ventileinheit (5), eines Zugangswegs für Luft vom Adsorbens (3) zu zumindest einem der Lufträume, die von dem die Fahrzeugkabine umgebenden Raum und der Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs gebildet sind, und • Übertragen von Wärme von der Adsorptionseinheit (2) auf das Betriebsfluid (17) des Kraftfahrzeugs.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Heiz- und Trocknungsvorrichtung (1 ) zusätzlich einen Temperatursensor (1 1 ) zur Bestimmung der Temperatur des Adsorbens (3), einen Temperatursensor (12) zur Bestimmung der Temperatur der Abwärmequelle des Kraftfahrzeugs und einen Temperatursensor (13) zur Bestimmung der Temperatur des Betriebsfluids (17) umfasst, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
• Schließen der mittels der Ventileinheit (5) bereitgestellten Zugangswege für Luft, wenn nach einem Anstieg der Temperatur des Adsorbens (3) aufgrund von Adsorption von Wasser durch das Adsorbens (3) eine Differenz der Temperatur des Adsorbens (3) und der Temperatur des Betriebsfluids (17) des Kraftfahrzeugs einen ersten vorbestimmten Wert (ΔΤι) unterschreitet.
1 1 . Heiz- und Trocknungssystem zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, umfassend
• einer Heiz- und Trocknungsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Ventileinheit (5) zumindest ein ansteuerbares Ventil (6, 7, 8) umfasst,
• einen Temperatursensor (1 1 ) zur Bestimmung der Temperatur des Adsorbens (3),
• einen Temperatursensor (12) zur Bestimmung der Temperatur der Abwärmequelle (16) des Kraftfahrzeugs,
• einen Temperatursensor (13) zur Bestimmung der Temperatur des Betriebsfluids (17) des Kraftfahrzeugs,
• gegebenenfalls einen Außentemperatursensor zur Bestimmung der Außentemperatur und
• eine Kontroll- und Steuerungseinheit (4), die dazu vorgesehen ist, die Ventileinheit (5) zur Bereitstellung von Zugangswegen von Luft zum Adsorbens (3) sowie zur Kontrolle des Zugangs von Luft zum Adsorbens (3) in Abhängigkeit mittels der Temperatursensoren (1 1 , 12, 13) und gegebenenfalls dem Außentemperatursensor bestimmten Temperaturen anzusteuern.
12. Heiz- und Trocknungssystem nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kontroll-und Steuerungseinheit (4) dazu vorgesehen ist,
• die mittels der Ventileinheit (5) bereitgestellten Zugangswege für Luft zum Adsorbens (3) zu schließen, wenn nach einem Anstieg der Temperatur des Adsorbens (3) aufgrund von Adsorption von Wasser durch das Adsorbens (3) eine Differenz der Temperatur des Adsorbens (3) und einer Temperatur des Betriebsfluids (17) des Kraftfahrzeugs einen ersten vorbestimmten Wert (ΔΤι) unterschreitet; und
• die mittels der Ventileinheit (5) bereitgestellten Zugangswege für Luft zum Adsorbens (3) zu öffnen, wenn eine Differenz der Temperatur der Abwärmequelle (16) des Kraftfahrzeugs und der Temperatur des Adsorbens (3) einen zweiten vorbestimmten Wert (ΔΤ2) überschreitet.
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