WO2016198038A1 - Adsorptions-kälteanlage und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

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WO2016198038A1
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adsorption
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cooling
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Martin Krobok
Marco Ranalli
Shaun Peter MCBRIDE
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Gentherm Gmbh
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    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow

Definitions

  • the present invention relates to an adsorption refrigeration system according to the features of independent claim 1, in particular the associated fluid circuit for providing an adsorption process.
  • the invention also relates to a method for operating such an adsorption refrigeration system with the features of independent method claim 12.
  • Vehicles may be equipped with vehicle systems which must either be heated or cooled to ensure reliable operation. This applies in particular to vehicles that are equipped with powerful electric power supply systems, especially if they are not only used to supply auxiliary drives and electrical vehicle equipment, but must also fulfill drive tasks.
  • a battery or a rechargeable battery in particular in the form of a lithium-ion battery, can be present, which is used for the vehicle drive.
  • Such batteries produce considerable amounts of heat in the load state, but also in fast charging cycles.
  • adsorption refrigeration plant which uses a pressurized circuit for dissipating ambient heat.
  • the adsorption refrigeration system includes a condenser for cooling a cooling liquid, an evaporator for removing heat from the environment, and two reaction chambers, which are in fluidic contact with the condenser and the evaporator.
  • the reaction chambers have an amount of absorbent and are capable of acting in an adsorption and in a desorption mode.
  • the refrigeration plant comprises two thermoelectric devices which are accommodated in the respective reactors. In this known arrangement, however, no waste heat is used. In addition, only a single electrical load can be cooled at a time.
  • a primary object of the present invention is to further develop such an adsorption refrigeration system in order to largely avoid the disadvantages of the prior art and thus to provide a configuration that not only utilizes existing waste heat in the area allows the adsorption refrigeration system, but also allows the cooling of several users to be cooled or electrical units.
  • the invention proposes an adsorption refrigeration system with at least two separate adsorption devices which are fluidically coupled to each other via at least one fluid circuit, wherein at least one first absorption device has adsorbing properties and at least one second adsorption device has desorbing properties having.
  • a suitable coolant for.
  • water or a mixture with alcohol and water such as water-glycol.
  • At least two electrical users and / or electrical components to be tempered, in particular to be cooled, are fluidically coupled to the at least one fluid circuit.
  • At least one condenser and at least one evaporator are fluidically coupled to the fluid circuit.
  • the fluid circuit can produce a fluid supply that cools the at least two users, in particular the two electrical users and / or electrical components, between the adsorption devices and the users or electrical users and / or electrical components to be tempered or cooled. It is provided that a coolant temperature for temperature control or cooling of the first user to be cooled or the first electrical component has a higher temperature than a coolant temperature for temperature control or cooling of the second user to be cooled or the second electrical see component.
  • the coolant circuit may comprise at least one main circuit and at least one auxiliary circuit, wherein the at least one first electrical user and / or the at least one first component to be cooled is arranged in the auxiliary circuit and is fluidically coupled thereto , moreover
  • the at least one second user to be cooled and / or the at least one second electrical component can be arranged in the main circuit and can be fluidically coupled with it directly or via a heat exchanger.
  • the first user to be cooled or the first electrical user or the first electrical component can be formed, for example, by a DC-DC converter or a so-called DC / DC converter or the like.
  • the second electrical user or the second electrical component may in particular be formed by an accumulator or a vehicle battery.
  • a flow direction of the coolant circulating in the coolant circuit and circulating there and providing the heat transfer can preferably be changed by means of switchable valves. Furthermore, it can be provided in the adsorption refrigeration system that at least one thermoelectric device produces a heat transfer area between at least one of the adsorption devices and the at least one fluid circuit. Optionally, it can be provided that in each case a thermoelectric device produces a heat transfer area between each of the at least two adsorption devices and the at least one fluid circuit.
  • At least one cooling device for cooling the coolant present in the fluid circuit and circulating there comprises an external device, in particular an air-liquid heat exchanger, which generates a cooling effect with the aid of air from a vehicle cabin and / or an engine cooling device.
  • an insulating layer may be provided which shields the evaporator and the condenser and / or the heat exchanger from each other.
  • the coolant circuit is fluidly coupled with at least one additional condensation device which receives a partial flow of the cooling fluid of the coolant circuit.
  • at least one additional condensation device which receives a partial flow of the cooling fluid of the coolant circuit.
  • a variable partial flow bypassing the first and / or second adsorption means are passed through the condensation means.
  • the adsorption refrigeration system according to the present invention comprises at least two adsorber devices spaced apart from one another, wherein a first adsorber device
  • the Device has adsorbing properties, and a second adsorber desorbie- rende properties. Furthermore, at least two electrical users to be cooled are present.
  • the electrical users may, for example, be a vehicle battery or a voltage converter, in particular a DC / DC converter.
  • a fluid circuit which contains a coolant and is referred to below as the coolant circuit, provides cooling of the electrical users in accordance with operating conditions, in that the coolant circuit contains the adsorber devices, the thermoelectric devices attached to the adsorption devices, the electrical users to be cooled and at least one Condenser and an evaporator connects.
  • the coolant circuit consists of a main circuit and an auxiliary circuit.
  • the main circuit provides a coolant connection between the two adsorber devices connected in parallel, the at least one condenser, and the at least one evaporator, by means of which the cooling of a second user can be carried out.
  • the auxiliary circuit provides a coolant connection between thermoelectric devices (TED) attached to the two adsorber devices and a first user.
  • TED thermoelectric devices
  • the coolant circuit between the TED and the first user to be cooled can be controlled, for example, by means of a two-way valve.
  • an operating state-specific cooling of the first and the second user can be provided, wherein the coolant temperature for cooling the first user has a higher temperature than the coolant temperature of the second user.
  • the main circuit which is an adsorption cycle
  • the auxiliary circuit a high-temperature circuit, with a water glycol.
  • heat is generated.
  • the resulting heat is pumped into the coolant circuit via the TED connected to the first adsorber device.
  • the refrigerant is heated to an intermediate temperature.
  • the coolant flows through the cooling device of the first to be cooled user, which may be, for example, a voltage converter, and cools it off.
  • the thermal energy of the coolant has a high temperature level. If the medium used in each case is heated beyond a phase change so that it evaporates, the heat capacity can be exploited even more effectively.
  • a mass transport could be carried out, which corresponds to a heat pipe principle. Possibly.
  • a further or additional capacitor would make sense, for example, can be added to the external cooling circuit.
  • the heated coolant is then fed to the second adsorber which has desorbing properties. As a result, the coolant cools down accordingly. If this cooling of the coolant is not sufficient, additional cooling can take place via a further cooling device, for example a downstream ambient heat exchanger, before the coolant is again supplied to the heat absorption from the adsorption process. By means of valves while the flow direction of the coolant can be controlled.
  • the flow direction of the coolant in the coolant circuit is switched by means of a two-way valve and the polarity of the TED (if present).
  • saturated adsorber material can be desorbed by a water release.
  • water vapor is released. This is liquefied again by the capacitor also located in the coolant circuit and fed to the evaporator.
  • a second user to be cooled can be cooled.
  • the second user to be cooled may, for example, be a vehicle battery.
  • the evaporator cools the second user at a lower temperature compared to the first user.
  • the coolant is again supplied to the first adsorber device, with a heat produced by the adsorption process being pumped again into the cooling circuit by means of the TED.
  • an efficient refrigeration unit can be realized, whereby two different users, who are at a different temperature level, can be cooled.
  • Incoming, desorbing, and outcoupling, adsorbing, heat flows can be controlled depending on the environmental situation.
  • an arrangement method can be used which provides a battery pack comprising a vehicle battery and a voltage converter, which must be cooled with cooling devices of different temperatures, such as cooling plates.
  • a cooling temperature of the vehicle battery of about 25 ° C and the voltage converter of about 70 ° C is necessary.
  • the heat required for alternating regeneration of the adsorber devices is thereby obtained from the heat emitted by the voltage converter.
  • a single coolant circuit can be used. The coolant reaches the first adsorber device at around 35 ° C, then passes on to the condenser to cool the voltage converter until it reaches a temperature of around 80 ° C.
  • the heated coolant is used to regenerate the second adsorber devices.
  • the flow direction of the coolant is reversed to the adsorber devices.
  • a device which generates a cooling effect with the aid of the air from the vehicle cabin or an engine cooling device can also be used.
  • an arrangement mode can be used, which provides a battery pack comprising a vehicle battery and a voltage converter, which must be cooled with differently temperature-controlled cooling devices, such as cooling plates.
  • a cooling temperature of the vehicle battery of 25 ° C and the voltage converter of 70 ° C is necessary.
  • the heat required for alternating regeneration of the adsorber devices is thereby obtained from the heat emitted by the voltage converter.
  • a single coolant circuit can be used.
  • the coolant reaches the first adsorber device at around 35 ° C, and is then passed on to the condenser to cool the voltage converter until it reaches a temperature of around 80 ° C.
  • the heated coolant is used for the regeneration of the second adsorber devices.
  • capacitors are arranged. The coolant flow is conducted in such a way that the crossflow of the coolant allows cooling of the condenser as soon as the respective adsorber device regenerates. Thus, if the first adsorber device is regenerated, the first capacitor is cooled.
  • the flow direction of the coolant is interchanged to the adsorber devices.
  • a pump can be used which allows a reversal of the flow direction of the coolant.
  • a device which generates a cooling effect with the aid of the air from the vehicle cabin or an engine cooling device can also be used.
  • adsorption refrigeration system can provide that the adsorption and / or desorption surfaces or bodies are tempered by additional means.
  • additional means may, for example, be TED, heating elements or the like.
  • the term temperature control may mean heating or cooling.
  • the adsorption / desorption capacity can be adjusted or increased, in particular at least temporarily or permanently.
  • heat can be exchanged or transported between the adsorber / desorber surfaces or bodies by additional means, such as, for example, the TEDs or the heating elements mentioned.
  • the invention further proposes a method for operating an adsorption refrigeration system, in particular an adsorption refrigeration system according to one of the previously described embodiments, wherein at least two separate adsorption devices via at least one fluid circuit with circulating coolant therein are fluidly coupled together, wherein at least one first absorption means adsorbing properties and at least one second adsorption means desorbing properties.
  • at least two to be tempered, in particular to be cooled electrical users and / or electrical components with the fluid circuit are fluidically coupled, wherein at least one capacitor and at least one evaporator are each fluidically coupled to the fluid circuit.
  • the fluid circuit produces a fluid supply between the adsorption devices and the electrical benefits and / or electrical components to be tempered or cooled, which cools the at least two electrical users and / or electrical components.
  • a coolant temperature for temperature control or cooling of the first user to be cooled or the first electrical component is higher than a coolant temperature for temperature control or cooling of the second user to be cooled or the second electrical component.
  • the coolant circuit may comprise at least one main circuit and at least one auxiliary circuit, wherein the at least one first electrical user and / or the at least one first electrical component are flowed through by the coolant in the auxiliary circuit, and wherein the at least one second electrical user and / or the at least one second electrical component is flowed through by the coolant in the main circuit.
  • a flow direction of the coolant located in the coolant circuit and circulating there for the heat transfer coolant can be changed by means of adjustable valves.
  • At least one thermoelectric device can also produce a heat transfer area between at least one of the adsorption devices and the at least one fluid circuit.
  • each thermoelectric device may establish a heat transfer area between each of the at least two adsorption devices and the fluid circuit.
  • At least one cooling device for cooling the coolant present in the fluid circuit comprises an external device, in particular an air-liquid heat exchanger, which generates a cooling effect with the aid of the air from a vehicle cabin and / or an engine cooling device comprises.
  • the coolant circuit is fluidically coupled with at least one additional condensation device, which receives a partial flow of the cooling fluid of the coolant circuit.
  • a variable partial flow can flow through the condensation device, bypassing the first and / or second adsorption device.
  • Other variants of the method may provide that the adsorption and / or desorption surfaces or bodies are tempered by additional means.
  • additional means may, for example, be TED, heating elements or the like.
  • temperature control may mean heating or cooling.
  • the adsorption / desorption capacity can be adjusted or increased, in particular at least temporarily or else permanently.
  • the method can provide that heat can be exchanged or transported between the adsorber / desorber surfaces or bodies by additional means, such as, for example, the TEDs or the heating elements mentioned.
  • Fig. 1 shows a schematic view of an embodiment of an adsorption refrigeration system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a further embodiment of the adsorption refrigeration system.
  • FIG. 3 shows a variant of the adsorption refrigeration plant which is slightly modified compared with the embodiment according to FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a schematic view of a further embodiment of the adsorption refrigeration system according to the invention.
  • FIG. 5 shows a variant of the adsorption refrigeration plant which is slightly modified compared with the embodiment variant according to FIG. 4.
  • FIG. 6 shows a schematic view of a further embodiment of the adsorption refrigeration system according to the invention.
  • identical reference numerals are generally used.
  • Adsorption refrigeration system 2 comprises two separate and / or spaced-apart adsorption devices 4 and 6.
  • the first adsorber or adsorption device 4 has adsorbing properties
  • the second adsorber or adsorption devices 6 desorbing properties.
  • These two adsorber or adsorption devices 4 and 6 are each associated with their associated thermoelectric devices 8 and 10, which in the following context, in part shortened to be referred to as TED 8 and TED 10.
  • a coolant circuit 12 which is composed of a main circuit 14 and an auxiliary circuit 16
  • the adsorber or adsorption devices 4 and 6 and the thermoelectric devices (TED) 8 and 10 with tempered, in particular to cooling electrical users 18 and 20 and / or electrical components 18, 20, which may, for example, be a DC / DC converter 18, ie a DC-DC converter 18, and a vehicle battery 20.
  • the main circuit 14 is constructed in such a manner that the separate but parallel adsorber devices 4 and 6 are arranged in series with a condenser 22, which is in thermal communication with the battery 20, and an evaporator 24 are.
  • the inlet and outlet lines 50 of the adsorber devices 4 and 6 are each provided with valves 26 in order to be able to regulate or change the flow direction of the coolant present in the coolant circuit 14 and thus the throughflow directions of the adsorption devices 4 and 6 ,
  • the coolant of the adsorption cycle 14 may, for example, be water or another suitable cooling fluid.
  • further coolant 36 can be supplied to the circuit 14.
  • the auxiliary circuit 16 connects the first and second thermoelectric devices (TED) 8 and 10 with the DC / DC converter 18 to be cooled.
  • the auxiliary circuit 16 is constructed in such a way that the flow direction of the coolant 36 is regulated by means of a two-way Way valve 28 can be changed. Since the auxiliary circuit 16 is a high-temperature circuit, a mixture of water and glycol (water glycol) can be used as the coolant 36, for example.
  • an external cooling device 30 may be integrated into the coolant loop 16.
  • the flow or flow direction of the coolant 36 in the auxiliary circuit 16 is indicated by way of example by FIG.
  • thermoelectric device (TED) 8 connected to the first adsorber device 4.
  • the heat emitted is illustrated by the arrows 34. While remaining in the refrigeration cycle 16, the coolant 36 is heated to an intermediate temperature. Subsequently, the coolant 38 flows through the cooling device 38 of the DC / DC converter 18 and cools it. The heat output is symbolized by further arrows 34 '.
  • the coolant 36 has a high thermal energy because the coolant 36 is at a high temperature level.
  • the thus heated coolant 36 is then supplied due to the adjustment of the two-way valve 28 of the second thermoelectric device (TED) 10, which is connected to the desorbing second adsorption device 6.
  • the heat 34 "of the coolant 36 is transferred to the second thermoelectric device (TED) 10.
  • the coolant 36 cools down accordingly If the cooling of the coolant 36 is not sufficient, further cooling 34" 'via an ambient heat exchanger 30 occur before the coolant 36 is again supplied to the heat absorption from the adsorption process.
  • Adsorber material can be desorbed by the release of water.
  • water vapor is released.
  • the battery 20 can be cooled by means of the evaporator 24.
  • the evaporator 24 during this process cools the battery 20 at a lower temperature compared to the DC / DC converter 18.
  • the coolant 36 is again supplied to the first adsorption device 4 after the cooling process of the battery 20, wherein a heat generated by the adsorption process 34 ' in turn by the first thermoelectric device (TED) 8 in the cooling circuit 16 is returned or pumped back.
  • TED thermoelectric device
  • FIG. 1 can normally be referred to and regarded as first and second circuits or as a circuit and auxiliary circuit.
  • the schematic block diagram of FIG. 2 shows a further embodiment variant of the adsorption refrigeration system 2 according to the invention.
  • the adsorption refrigeration system 2 shown comprises a battery pack 46, which is composed of a DC-DC converter 18 or a DC / DC converter 18 and a vehicle battery 20.
  • the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 and the vehicle battery 20 must be cooled with differently tempered cooling devices. Typically, a cooling temperature of about 70 ° C and for cooling the vehicle battery 20, a cooling temperature of about 25 ° C is useful or necessary for cooling the DC-DC converter (DC / DC converter) 18. Therefore, between the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 and the vehicle battery 20, a condenser 22 and an evaporator 24 are arranged.
  • the capacitor 22 is isolated from the evaporator 24 by means of an insulating layer 40.
  • the condenser 22 Via a coolant circuit 12, the condenser 22 is coupled or fluidically connected to a first and a second adsorption device 4 and 6, the first adsorption device 4 having adsorbing properties and the second adsorption device 6 having desorbing properties.
  • Tempering means in particular "heating”. However, it can also mean “cooling” or “holding at the same temperature”.
  • a cooling device 42 wherein the coolant circuit 12 at the connections to the cooling device 42 is a two-way Valve 28, through which the flow of coolant between the cooling device 42 and the first absorption device 4 and the second adsorption device 6 can be controlled.
  • the cooling device 42 may in particular be a vehicle engine radiator or, as shown in FIG. 3, a device which generates a cooling effect with the aid of the air from the vehicle cabin.
  • Switching valves 44, the evaporator 24 is connected to each of the adsorption devices 4 and 6.
  • the heat required for the alternate regeneration of the adsorption devices 4 and 6 is obtained from the heat emitted by the DC-DC converter 18.
  • a single coolant circuit 12 can be used.
  • the coolant 36 (see Fig. 1) reaches the first adsorption device 4 at, for example, about 35 ° C and is then forwarded to the capacitor 22.
  • the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 can be cooled until it has reached a temperature of about 80 ° C.
  • the second adsorption device 6 subsequently uses the heated coolant 36 for regeneration.
  • switching valves 44 or a pump not shown, the flow direction of the coolant 36 to the adsorption devices 4 and 6 is reversed or switched.
  • the schematic block diagram of Fig. 3 shows a comparison with the second variant shown in Fig. 2 barely modified another embodiment of the adsorption refrigeration system according to the invention 2.
  • the shown adsorption refrigeration system 2 here again includes a battery pack 46, which consists of a DC-DC converter 18 and a DC / DC converter 18 and a vehicle battery 20 is composed.
  • the DC-DC converter 18 and the vehicle battery 20 must be cooled with differently tempered cooling devices.
  • a cooling temperature of about 70 ° C and for cooling the vehicle battery 20 a cooling temperature of about 25 ° C makes sense or necessary. Therefore, a capacitor 22 and an evaporator 24 are arranged between the DC-DC converter 18 and the vehicle battery 20.
  • the capacitor 22 is separated from the evaporator 24 by an insulating layer 40.
  • the condenser 22 is coupled or fluidly connected to a first and a second adsorption device 4 and 6, the first adsorption device 4 having adsorbing properties and the second adsorption device 6 having desorbing properties.
  • the cooling device 42 may in particular be a vehicle engine radiator or, as shown in FIG. 3, a device which generates a cooling effect with the aid of the air from the vehicle cabin.
  • a cooling device 42 which is formed here by a device or an air-liquid heat exchanger 42 ', which generates a cooling effect with the aid of the air from the vehicle cabin, is located in the coolant circuit 12.
  • the coolant circuit 12 has at the connections to the cooling device 42 and the air-liquid heat exchanger 42 ', a two-way valve 28, through which the coolant flow between the cooling device 42 and air-liquid heat exchanger 42' and the first Absorb- tion device 4 and the second adsorption device 6 can be controlled.
  • Switching valves 44, the evaporator 24 is connected to each of the adsorption devices 4 and 6.
  • the heat required for alternating regeneration of the adsorption devices 4 and 6 is obtained from the heat energy output by the DC-DC converter 18, wherein the coolant circuit 12 shown can be used.
  • the coolant 36 (see Fig. 1) reaches the first adsorption device 4 at, for example, about 35 ° C and is then forwarded to the capacitor 22.
  • the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 can be cooled until it has reached a temperature of about 80 ° C.
  • the second adsorption device 6 uses the thus heated coolant 36 for regeneration.
  • the flow direction of the coolant 36 to the adsorption devices 4 and 6 is reversed or switched.
  • the adsorption refrigeration plant 2 shown comprises a battery pack 46, which consists of a DC-DC converter 18 or a DC / DC converter 18 and a vehicle battery 20 composed.
  • the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 and the battery 20 must be cooled with different lee tempered cooling devices. Typically, a cooling temperature of about 70 ° C and for cooling the vehicle battery 20, a cooling temperature of about 25 ° C is useful or necessary for cooling the DC-DC converter (DC / DC converter) 18. Therefore, a heat exchanger or a DC cooler 48 and an evaporator 24 are located between the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 and the vehicle battery 20.
  • the heat exchanger or the DC cooler 48 is dependent on the evaporation fer 24 by means of an insulating layer 40 separated or shielded. Via a coolant circuit 12, the heat exchanger or the DC cooler 48 is connected to the first and a second adsorption device 4 and 6, wherein the first adsorber 4 and the first adsorption device 4 has adsorbing properties, while the second Adsorber 6 or the second adsorption device has desorbing properties.
  • a cooling device 42 is located in the coolant circuit 12, wherein the coolant circuit 12 has a two-way valve 28 at the connections to the cooling device 42, so that the coolant flow is regulated by means of the two-way valve 28 can.
  • the cooling device 42 may be an engine radiator or, as shown in FIG. 5, an air-liquid heat exchanger 42 'which generates a cooling effect with the aid of the air from the vehicle cabin.
  • Switching valves 44 connect the evaporator 24 to the adsorption devices 4, 6.
  • the heat required for the alternate regeneration of the adsorption devices 4 and 6 is obtained from the thermal energy emitted by the DC-DC converter (DC / DC converter) 18.
  • a single coolant circuit 12 can be used.
  • the coolant reaches the first adsorption device 4 at a temperature of, for example, about 35 ° C and is then passed on to the condenser 22 on.
  • the heat exchanger or the DC cooler 48 of the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 are cooled until it reaches a temperature of about 80 ° C.
  • the second adsorption device 6 then uses the heated coolant for regeneration.
  • the crossflow of the coolant can be used so that cooling of the respective capacitor 22 and / or 22 'is made possible as soon as the first or the second adsorption device 4 or 6 is regenerated.
  • the first condenser 22 ' is cooled.
  • the adsorption refrigeration system 2 shown comprises a battery cartridge. 46, which is composed of a DC-DC converter 18 and a DC / DC converter 18 and a vehicle battery 20.
  • the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 and the battery 20 must be cooled with differently tempered cooling devices.
  • a heat exchanger or a DC cooler 48 and an evaporator 24 are located between the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 and the vehicle battery 20.
  • the heat exchanger or the DC cooler 48 is separated from the evaporator 24 by means of an insulating layer 40 or shielded.
  • the heat exchanger or the DC cooler 48 is connected to the first and a second adsorption device 4 and 6, the first adsorber 4 or the first adsorption device 4 having adsorbing properties, while the second adsorber 6 or the second adsorption device has desorbing properties.
  • capacitors 22 and 22 ' are arranged.
  • the coolant circuit 12 is a cooling device 42 and an air-liquid heat exchanger 42 ', wherein the coolant circuit 12 at the connections to the cooling device 42 and the air-liquid heat exchanger 42' has a two-way valve 28 , so that by means of the two-way valve 28 of the coolant flow can be controlled.
  • the cooling device 42 may in particular be an air-liquid heat exchanger 42 'which is connected to a vehicle cabin of the vehicle equipped with the system 2 and which generates a cooling effect with the aid of the air from the vehicle cabin.
  • Switching valves 44, the evaporator 24 is connected to the adsorption devices 4,6.
  • the heat required for the alternating regeneration of the adsorption devices 4 and 6 is obtained from the heat energy released by the DC-DC converter 18.
  • a single coolant circuit 12 can be used.
  • the coolant reaches the first adsorption device 4 at a temperature of, for example, about 35 ° C and is then passed on to the condenser 22 on.
  • the heat exchanger or the DC cooler 48 of the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 are cooled until it reaches a temperature of about 80 ° C.
  • the second adsorption device 6 uses the heated coolant for regeneration goes up.
  • the crossflow of the coolant can be used so that cooling of the respective capacitor 22 and / or 22 'is made possible as soon as the first or the second adsorption device 4 or 6 is regenerated.
  • the first capacitor 22 ' is cooled.
  • FIG. 6 shows a further embodiment variant of the adsorption refrigeration plant 2 according to the invention.
  • the adsorption refrigeration plant 2 shown comprises a battery pack 46 which consists of a DC-DC converter 18 or a DC / DC converter 18 and a DC / DC converter 18 Vehicle battery 20 composed.
  • the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 and the battery 20 must be cooled with differently tempered cooling devices. Typically, a cooling temperature of about 70 ° C and for cooling the vehicle battery 20, a cooling temperature of about 25 ° C is useful or necessary for cooling the DC-DC converter (DC / DC converter) 18.
  • a heat exchanger or a DC cooler 48 and an evaporator 24 are located between the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 and the vehicle battery 20.
  • the heat exchanger or the DC cooler 48 is separated or screened from the evaporator 24 by means of an insulating layer 40.
  • the heat exchanger or the DC cooler 48 is connected to the first and a second adsorption device 4 and 6, the first adsorber 4 or the first adsorption device 4 having adsorbing properties, while the second adsorber 6 or the second adsorption device has desorbing properties.
  • a cooling device 42 is located in the coolant circuit 12, wherein the coolant circuit 12 has a two-way valve 28 at the connections to the cooling device 42, so that the coolant flow can be regulated by means of the two-way valve 28.
  • the cooling device 42 can be an engine radiator or, as shown in FIG. 3 and in FIG. 5, an air-liquid heat exchanger 42 'that generates a cooling effect with the aid of the air from the vehicle cabin.
  • Switching valves 44, the evaporator 24 is connected to the adsorption devices 4,6.
  • the heat required for the alternate regeneration of the adsorption devices 4 and 6 is obtained from the thermal energy emitted by the DC-DC converter (DC / DC converter) 18.
  • a single coolant circuit 12 can be used.
  • the coolant reaches the first adsorption device 4 at a temperature of, for example, about 35 ° C and is then passed on to the condenser 22 on.
  • the heat exchanger or the DC cooler 48 of the DC-DC converter (DC / DC converter) 18 are cooled until it reaches a temperature of about 80 ° C.
  • the second adsorption device 6 then uses the heated coolant for regeneration.
  • the crossflow of the coolant can be used so that cooling of the respective capacitor 22 and / or 22 'is made possible as soon as the first or the second adsorption device 4 or 6 is regenerated.
  • the first condenser 22 ' is cooled.
  • FIG. 6 there is an additional condensation device 52 in the coolant circuit 12, through which a partial flow 12 'is passed, which thus does not lead to or from the second adsorption device 6 or to the first adsorption device.
  • Device 4 is derived or derived, but can flow directly through the condensation device 52.
  • a variable cooling or, in particular, additional cooling of the cooling fluid 36 conducted through the cooling device 42 can thus take place without first having to flow through the first and second adsorption devices 4 and 6.
  • the variable loading of the condensation device 52 with a larger or smaller partial flow 12 'of the total current conducted through the circuit 12 thus enables a better variability of the temperature settings of the different components of the adsorption refrigeration system to be tempered.
  • Coolant additional coolant, cooling fluid, water

Abstract

Es ist eine Adsorptions-Kälteanlage (2) und ein Verfahren zu deren Betrieb offenbart. Die Anlage (2) umfasst mindestens zwei separate, über einen Fluidkreislauf (12) fluidisch miteinander gekoppelten Adsorptions-Einrichtungen (4, 6), wobei eine erste Absorptions-Einrichtung (4) adsorbierende Eigenschaften und eine zweite Adsorptions-Einrichtung (6) desorbierende Eigenschaften aufweist. Die Anlage (2) umfasst zudem mindestens zwei zu temperierende elektrische Komponenten (18, 20), sowie einen Kondensator (22, 22') sowie einen Verdampfer (24), die jeweils mit dem Fluidkreislauf (12) fluidisch gekoppelt sind. Der Fluidkreislauf (12) stellt eine die mindestens zwei elektrischen Komponenten (18, 20) kühlende Fluidversorgung zwischen den Adsorptions-Einrichtungen (4, 6) und den zu temperierenden elektrischen Komponenten (18, 20) her. Eine Kühlmitteltemperatur zur Temperierung der ersten elektrischen Komponente (18) weist einen höheren Temperaturwert auf als eine Kühlmitteltemperatur zur Temperierung der zweiten elektrischen Komponente (18).

Description

Adsorptions-Kälteanlage und Verfahren zu deren Betrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Adsorptions-Kälteanlage gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1, insbesondere den zugehörigen Fluidkreislauf zur Bereitstellung eines Adsorptionsprozesses. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Adsorptions-Kälteanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 12.
Fahrzeuge können mit Fahrzeugsystemen ausgestattet sein, welche zur Sicherstellung einer zuverlässigen Funktionsweise entweder beheizt oder gekühlt werden müssen. Dies betrifft insbesondere Fahrzeuge, die mit leistungsfähigen elektrischen Energieversorgungssystemen ausgestattet sind, besonders wenn diese nicht nur der Versorgung von Hilfsantrieben und elektrischen Fahrzeugausstattungen dienen, sondern Antriebsaufgaben erfüllen müssen. So kann bspw. kann eine Batterie bzw. ein Akkumulator, insbeson- dere in Gestalt einer Lithium-Ionen-Batterie vorhanden sein, welche für den Fahrzeugantrieb genutzt wird. Derartige Batterien produzieren im Belastungszustand, aber auch bei schnellen Ladezyklen erhebliche Wärmemengen.
Bei vielen Einsatzbedingungen ist es notwendig, solche Batterien zu kühlen, da ansons- ten die Effizienz oder die Lebensdauer der Batterien beeinträchtigt werden kann. Zum Kühlen von Batterien oder weiterer sich im Fahrzeuginnenraum befindlicher Bauteile werden oftmals Adsorptions-Kälteanlagen eingesetzt. Aus der WO 2006/135346 A1 ist eine solche Elektro-Adsorptions-Kälteanlage bekannt, welche einen druckbeaufschlagten Kreislauf zur Ableitung von Umgebungswärme nutzt. Die Adsorptions-Kälteanlage um- fasst dazu einen Kondensator zur Kühlung einer Kühlflüssigkeit, einen Verdampfer, um Wärme aus der Umgebung abzuleiten, und zwei Reaktionskammern, welche mit dem Kondensator und dem Verdampfer in fluidischem Kontakt stehen. Dabei verfügen die Reaktionskammern über eine Menge an Absorptionsmittel und sind dazu geeignet, in einem Adsorptions- sowie in einem Desorptions-Modus zu wirken. Die Kälteanlage umfasst dar- über hinaus zwei thermoelektrische Einrichtungen, welche jeweils in den entsprechenden Reaktoren aufgenommen sind. Bei dieser bekannten Anordnung wird jedoch keine vorhandene Abwärme genutzt. Zudem kann jeweils nur ein einziger elektrischer Verbraucher gekühlt werden.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Angesichts der bekannten Adsorptions-Kälteanlagen besteht eine vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine solche Adsorptions-Kälteanlage weiterzuentwickeln, um die Nachteile des Standes der Technik weitgehend zu vermeiden und damit eine Konfiguration bereitzustellen, die nicht nur eine Nutzung von vorhandener Abwärme im Be- reich der Adsorptions-Kälteanlage erlaubt, sondern die auch die Kühlung mehrerer zu kühlender Nutzer bzw. elektrischer Aggregate ermöglicht.
Die obige Aufgabe wird mittels einer Adsorptions-Kälteanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zu deren Betrieb mit den Merkma- len des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die jeweils davon abhängigen Ansprüche beschrieben.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung eine Adsorptions-Kälteanlage mit mindestens zwei separaten, über wenigstens einen Fluidkreislauf fluidisch miteinander gekoppel- ten Adsorptions-Einrichtungen vor, wobei wenigstens eine erste Absorptions-Einrichtung adsorbierende Eigenschaften und wenigstens eine zweite Adsorptions-Einrichtung desor- bierende Eigenschaften aufweist. Im Fluidkreislauf zirkuliert ein geeignetes Kühlmittel, z. B. Wasser oder ein Gemisch mit Alkohol und Wasser wie etwa Wasser-Glykol. Mit dem wenigstens einen Fluidkreislauf sind mindestens zwei zu temperierende, insbesondere zu kühlende elektrische Nutzer und/oder elektrische Komponenten fluidisch gekoppelt.
Außerdem sind mit dem Fluidkreislauf mindestens ein Kondensator sowie mindestens ein Verdampfer fluidisch gekoppelt. Der Fluidkreislauf kann auf diese Weise eine die mindestens zwei Nutzer, insbesondere die zwei elektrischen Nutzer und/oder elektrischen Komponenten kühlende Fluidversorgung zwischen den Adsorptions-Einrichtungen und den zu temperierenden bzw. zu kühlenden Nutzern bzw. elektrischen Nutzen und/oder elektrischen Komponenten herstellen. Dabei ist vorgesehen, dass eine Kühlmitteltemperatur zur Temperierung bzw. Kühlung des ersten zu kühlende Nutzers bzw. der ersten elektrischen Komponente einen höheren Temperaturwert aufweist als eine Kühlmitteltemperatur zur Temperierung bzw. Kühlung des zweiten zu kühlende Nutzers bzw. der zweiten elektri- sehen Komponente.
Bei der erfindungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage kann der Kühlmittelkreislauf wenigstens einen Haupt-Kreislauf und wenigstens einen Hilfs-Kreislauf umfassen, wobei der wenigstens eine erste elektrische Nutzer und/oder die wenigstens eine erste zu kühlende Komponente im Hilfs-Kreislauf angeordnet und mit diesem fluidisch gekoppelt ist. Zudem kann der wenigstens eine zweite zu kühlende Nutzer und/oder die wenigstens eine zweite elektrische Komponente im Haupt-Kreislauf angeordnet und mit diesem direkt oder über einen Wärmeübertrager fluidisch gekoppelt sein. Der erste zu kühlende Nutzer bzw. der erste elektrische Nutzer bzw. die erste elektrische Komponente kann bspw. durch einen Gleichspannungswandler oder einen sog. DC/DC- Konverter o. dgl. gebildet sein. Der zweite elektrische Nutzer bzw. die zweite elektrische Komponente kann insbesondere durch einen Akkumulator oder eine Fahrzeugbatterie gebildet sein.
Eine Strömungsrichtung des sich in dem Kühlmittelkreislauf befindlichen und dort zirkulierenden und für den Wärmetransport sorgenden Kühlmittels kann vorzugsweise mittels schaltbarer Ventile verändert werden. Weiterhin kann bei der Adsorptions-Kälteanlage vorgesehen sein, dass zumindest eine thermoelektrische Einrichtung einen Wärmeübertragungsbereich zwischen wenigstens einer der Adsorptions-Einrichtungen und dem wenigstens einen Fluidkreislauf herstellt. Wahlweise kann vorgesehen sein, dass jeweils eine thermoelektrische Einrichtung einen Wärmeübertragungsbereich zwischen jeder der wenigstens zwei Adsorptions- Einrichtungen und dem wenigstens einen Fluidkreislauf herstellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Kühleinrichtung zur Kühlung des sich in dem Fluidkreislauf befindlichen und dort zirkulierenden Kühlmittels eine externe Einrichtung, insbesondere einen Luft-Flüssigkeits- Wärmetauscher umfasst, welche/welcher eine Kühlwirkung mit Hilfe der Luft aus einer Fahrzeugkabine erzeugt und/oder eine Motorkühlungseinrichtung umfasst.
Wahlweise kann eine isolierende Schicht vorgesehen sein, die den Verdampfer und den Kondensator und/oder den Wärmetauscher voneinander abschirmt.
Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage vorgesehen sein, dass der Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einer zusätzlichen Kondensations-Einrichtung fluidisch gekoppelt ist, die einen Teilstrom des Kühlfluids des Kühlmittelkreislaufs aufnimmt. Hierbei kann insbesondere ein variabler Teilstrom unter Umgehung der ersten und/oder zweiten Adsorptions-Einrichtung durch die Kondensations-Einrichtung geleitet werden.
Die Adsorptions-Kälteanlage gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens zwei voneinander beabstandete Adsorber-Einrichtungen, wobei eine erste Adsorber-
Einrichtung adsorbierende Eigenschaften, und eine zweite Adsorber-Einrichtung desorbie- rende Eigenschaften aufweist. Weiterhin sind mindestens zwei zu kühlende elektrische Nutzer vorhanden. Bei den elektrischen Nutzern kann es sich bspw. um eine Fahrzeugbatterie oder einen Spannungskonverter, insbesondere einen DC/DC-Konverter handeln. Ein Fluidkreislauf, welcher ein Kühlmittel enthält und im Folgenden als Kühlmittelkreislauf bezeichnet wird, sorgt für eine betriebszustandsgemäße Kühlung der elektrischen Nutzer, indem der Kühlmittelkreislauf die Adsorber-Einrichtungen, die an den Adsorptions- Einrichtungen angebrachten thermoelektrischen Einrichtungen, die zu kühlenden elektrischen Nutzer sowie wenigstens einem Kondensator und einem Verdampfer verbindet. Für einen optimalen Kühlvorgang besteht der Kühlmittelkreislauf aus einem Haupt-Kreislauf und einem Hilfs-Kreislauf. Der Haupt-Kreislauf stellt eine Kühlmittelverbindung zwischen den beiden parallel geschalteten Adsorber-Einrichtungen, dem wenigstens einen Kondensator sowie dem wenigstens einen Verdampfer, durch welchen die Kühlung eines zweiten Nutzers vorgenommen werden kann, bereit. Durch den Hilfs-Kreislauf erfolgt eine Kühl- mittelverbindung zwischen an den beiden Adsorber-Einrichtungen angebrachten thermoelektrischen Einrichtungen (TED), und einem ersten Nutzer. Der Kühlmittelkreislauf zwischen den TED und dem ersten zu kühlenden Nutzer kann bspw. mittels eines Zwei- Wege-Ventils geregelt werden. Mit Hilfe des Hilfs- und des Haupt-Kreislaufs kann eine betriebszustandsgemäße Kühlung des ersten sowie des zweiten Nutzers bereitgestellt werden, wobei die Kühlmitteltemperatur zur Kühlung des ersten Nutzers einen höhere Temperaturwert aufweist als die Kühlmitteltemperatur des zweiten Nutzers. Dazu kann der Haupt-Kreislauf, welcher einen Adsorptions-Kreislauf darstellt, mit Wasser gefüllt sein, der Hilfs-Kreislauf, ein Hochtemperatur-Kreislauf, mit einem Wasserglykol. Während des Adsorptions-Prozesses der ersten Adsorber-Einrichtung, welche adsorbierende Eigenschaften aufweist, entsteht Wärme. Über die mit der ersten Adsorber- Einrichtung verbundene TED wird die entstandene Wärme in den Kühlmittelkreislauf gepumpt. Während des Verbleibs in dem Kühlkreislauf wird das Kühlmittel auf eine mittlere Temperatur aufgeheizt. Anschließend durchströmt das Kühlmittel die Kühleinrichtung des ersten zu kühlenden Nutzers, bei welchem es sich bspw. um einen Spannungskonverter handeln kann, und kühlt diesen ab.
Nach diesem Vorgang verfügt die thermische Energie des Kühlmittels über ein hohes Temperaturniveau. Sofern das jeweils eingesetzte Medium über einen Phasenwechsel hinaus erhitzt wird, so dass es verdampft, lässt sich die Wärmekapazität noch effektiver ausnutzen. Zudem könnte ein Stofftransport durchgeführt werden, der einem Heatpipe- Prinzip entspricht. Ggf. wäre hierzu ein weiterer bzw. zusätzlicher Kondensator sinnvoll, der bspw. am externen Kühlkreislauf ergänzt werden kann.
Das erhitzte Kühlmittel wird anschließend der zweiten Adsorber-Einrichtung zugeführt, welche desorbierende Eigenschaften aufweist. Dadurch kühlt sich das Kühlmittel entsprechend ab. Sofern diese Abkühlung des Kühlmittels nicht ausreichend ist, kann eine zusätzliche Abkühlung über eine weitere Kühlungs-Einrichtung, bspw. einem nachgeschalte- ten Umgebungs-Wärmetauscher, erfolgen, bevor das Kühlmittel erneut der Wärmeaufnahme aus dem Adsorptionsprozess zugeführt wird. Mittels Ventilen kann dabei die Flussrichtung des Kühlmittels gesteuert werden.
Sobald der Adsorber der zweiten Adsorber-Einrichtung einen gesättigten Zustand erreicht, wird die Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf mittels eines Zwei- Wege-Ventils und die Polarität der TED (sofern vorhanden) umgeschaltet. Dadurch kann gesättigtes Adsorber-Material durch eine Wasserabgabe desorbiert werden. Im Interesse eines höheren Wirkungsgrades kann es auch sinnvoll sein, mehrere Adsorber mit jeweils unterschiedlichen Sättigungsgraden parallel zu betreiben und diese bei Bedarf zeitver- setzt umzuschalten. Während des Desorptionsprozesses wird Wasserdampf frei. Dieser wird durch den sich ebenfalls im Kühlmittelkreislauf befindlichen Kondensator wieder verflüssigt und dem Verdampfer zugeführt. Dies kann ggf. auch mehrere Kühlkreisläufe und/oder einen Hilfskreislauf betreffen, wobei ggf. jeweils unterschiedliche Medien eingesetzt werden können. Durch den Verdampfer kann ein zweiter zu kühlender Nutzer ge- kühlt werden. Bei dem zweiten zu kühlenden Nutzer kann es sich bspw. um eine Fahrzeugbatterie handeln. Der Verdampfer kühlt während dieses Vorgangs den zweiten Nutzer bei einer im Vergleich zu dem ersten Nutzer niedrigeren Temperatur ab. Das Kühlmittel wird nach dem Kühlungsprozess des zweiten Nutzers erneut der ersten Adsorber- Einrichtung zugeführt, wobei eine durch den Adsorptionsprozess entstehende Wärme erneut mittels der TED in den Kühlkreislauf gepumpt wird. Durch diese Vorgehensweise kann ein effizientes Kühlaggregat realisiert werden, wodurch zwei unterschiedliche Nutzer, welche sich auf einem unterschiedlichem Temperaturniveau befinden, gekühlt werden können. Einkoppelnde, desorbierende, und auskop- pelnde, adsorbierende, Wärmeströme können je nach Umgebungssituation gesteuert werden.
Als weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage kann eine Anordnungsweise genutzt werden, welche eine Batteriepackung, umfassend eine Fahrzeugbatterie sowie einen Spannungskonverter, vorsieht, die mit unterschiedlich temperierten Kühleinrichtungen, wie Kühlplatten, gekühlt werden müssen. Typischerweise ist dazu eine Kühltemperatur der Fahrzeugbatterie von ca. 25 °C und des Spannungskonverters von ca. 70 °C notwendig. Die zur abwechselnden Regeneration der Adsorber-Einrichtungen benötigte Wärme wird dabei aus der von dem Spannungskonverter abgegebenen Hitze gewonnen. Bei dieser Vorgehensweise kann ein einzelner Kühlmittelkreislauf genutzt werden. Das Kühlmittel erreicht die erste Adsorber-Einrichtung bei rund 35 °C, wird anschließend an den Kondensator weitergeleitet, um den Spannungskonverter zu kühlen, bis dieser eine Tempera- tur von rund 80 °C erreicht. Darauf folgend wird das erwärmte Kühlmittel zur Regeneration der zweiten Adsorber-Einrichtungen verwendet. Mittels Umschaltventilen oder einer Pumpe wird die Flussrichtung des Kühlmittels zu den Adsorber-Einrichtungen vertauscht. Zur Kühlung des Kühlmittels kann zudem bspw. eine Einrichtung, welche eine Kühlwirkung mit Hilfe der Luft aus der Fahrzeugkabine erzeugt, oder eine Motorkühlungseinrichtung genutzt werden.
Als weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage kann eine Anordnungsweise genutzt werden, welche eine Batteriepackung, umfassend eine Fahrzeugbatterie sowie einen Spannungskonverter, vorsieht, die mit unterschiedlich tem- perierten Kühleinrichtungen, wie Kühlplatten, gekühlt werden müssen. Typischerweise ist dazu eine Kühltemperatur der Fahrzeugbatterie von 25 °C und des Spannungskonverters von 70 °C notwendig.
Die zur abwechselnden Regeneration der Adsorber-Einrichtungen benötigte Wärme wird dabei aus der von dem Spannungskonverter abgegebenen Hitze gewonnen. Bei dieser Vorgehensweise kann ein einzelner Kühlmittelkreislauf genutzt werden. Das Kühlmittel erreicht die erste Adsorber-Einrichtung mit rund 35 °C, und wird anschließend an den Kondensator weitergeleitet, um den Spannungskonverter zu kühlen, bis dieser eine Temperatur von rund 80 °C erreicht. Darauf folgend wird das erwärmte Kühlmittel zur Regene- ration der zweiten Adsorber-Einrichtungen verwendet. Bei den jeweiligen Adsorber- Einrichtungen sind Kondensatoren angeordnet. Der Kühlmittelfluss wird derartig geleitet, dass der Querstrom des Kühlmittels eine Kühlung des Kondensators ermöglicht, sobald die jeweilige Adsorber-Einrichtung regeneriert. Wird also die erste Adsorber-Einrichtung regeneriert, erfolgt eine Kühlung des ersten Kondensators. Mittels Umschaltventilen wird die Flussrichtung des Kühlmittels zu den Adsorber-Einrichtungen vertauscht. Alternativ kann auch eine Pumpe verwendet werden, welcher eine Umkehrung der Flussrichtung des Kühlmittels ermöglicht. Zur Kühlung des Kühlmittels kann zudem bspw. eine Einrichtung, welche eine Kühlwirkung mit Hilfe der Luft aus der Fahrzeugkabine erzeugt, oder eine Motorkühlungseinrichtung genutzt werden.
Weitere Varianten der erfindungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage können vorsehen, dass die Adsorptions- und/oder Desorptionsflächen oder -körper durch zusätzliche Mittel temperiert werden. Diese zusätzliche Mittel können bspw. TED, Heizelemente o. dgl. sein. Mit dem Begriff der Temperierung kann eine Beheizung oder Kühlung gemeint sein. Mit- tels dieser zusätzlichen Temperierung der Adsorptions- und/oder Desorptionsflächen oder -körper kann insbesondere zumindest zeitweise oder auch dauerhaft die Ad-/Desorptions- fähigkeit eingestellt bzw. gesteigert werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass durch zusätzliche Mittel wie bspw. den TEDs oder den erwähnten Heizelementen Wärme zwischen den Adorber-/Desorberflächen oder -körper ausgetauscht bzw. transportiert werden kann.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe schlägt die Erfindung weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Adsorptions-Kälteanlage, insbesondere einer Adsorptions- Kälteanlage gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten vor, bei der mindestens zwei separate Adsorptions-Einrichtungen über wenigstens einen Fluidkreis- lauf mit darin zirkulierendem Kühlmittels fluidisch miteinander gekoppelt sind, wobei wenigstens eine erste Absorptions-Einrichtung adsorbierende Eigenschaften und wenigstens eine zweite Adsorptions-Einrichtung desorbierende Eigenschaften aufweist. Bei dem Verfahren ist weiterhin vorgesehen, dass mindestens zwei zu temperierende, insbesondere zu kühlende elektrische Nutzer und/oder elektrische Komponenten mit dem Fluidkreislauf fluidisch gekoppelt sind, wobei mindestens ein Kondensator sowie mindestens ein Verdampfer jeweils mit dem Fluidkreislauf fluidisch gekoppelt sind. Der Fluidkreislauf stellt eine die mindestens zwei elektrischen Nutzer und/oder elektrischen Komponenten kühlende Fluidversorgung zwischen den Adsorptions-Einrichtungen und den zu temperieren- den bzw. zu kühlenden elektrischen Nutzen und/oder elektrischen Komponenten her. Bei dem Verfahren liegt eine Kühlmitteltemperatur zur Temperierung bzw. Kühlung des ersten zu kühlende Nutzers bzw. der ersten elektrischen Komponente höher als eine Kühlmitteltemperatur zur Temperierung bzw. Kühlung des zweiten zu kühlende Nutzers bzw. der zweiten elektrischen Komponente.
Der Kühlmittelkreislauf kann wenigstens einen Haupt-Kreislauf und wenigstens einen Hilfs-Kreislauf umfassen, wobei der wenigstens eine erste elektrische Nutzer und/oder die wenigstens eine erste elektrische Komponente vom Kühlmittel im Hilfs-Kreislauf durchströmt werden, und wobei der wenigstens eine zweite elektrische Nutzer und/oder die wenigstens eine zweite elektrische Komponente vom Kühlmittel im Haupt-Kreislauf durchströmt werden. Vorzugsweise kann eine Strömungsrichtung des sich in dem Kühlmittelkreislauf befindlichen und dort für den Wärmetransport zirkulierenden Kühlmittels über verstellbare Ventilen verändert werden. Zumindest eine thermoelektrische Einrichtung kann zudem einen Wärmeübertragungsbereich zwischen wenigstens einer der Adsorptions-Einrichtungen und dem wenigstens einen Fluidkreislauf herstellen. Wahlweise kann jeweils eine thermoelektrische Einrichtung einen Wärmeübertragungsbereich zwischen jeder der wenigstens zwei Adsorptions- Einrichtungen und dem Fluidkreislauf herstellen. Außerdem kann bei dem Verfahren vor- gesehen sein, dass wenigstens eine Kühleinrichtung zur Kühlung des sich in dem Fluidkreislauf befindlichen Kühlmittels eine externe Einrichtung, insbesondere einen Luft- Flüssigkeits-Wärmetauscher umfasst, welche/welcher eine Kühlwirkung mit Hilfe der Luft aus einer Fahrzeugkabine erzeugt und/oder eine Motorkühlungseinrichtung umfasst. Bei einer weiteren Variante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einer zusätzlichen Kondensations-Einrichtung fluidisch gekoppelt ist, die einen Teilstrom des Kühlfluids des Kühlmittelkreislaufs aufnimmt. Wahlweise kann ein variabler Teilstrom unter Umgehung der ersten und/oder zweiten Adsorptions- Einrichtung durch die Kondensations-Einrichtung strömen. Weitere Varianten des Verfahrens können vorsehen, dass die Adsorptions- und/oder Desorptionsflächen oder -körper durch zusätzliche Mittel temperiert werden. Diese zusätzliche Mittel können bspw. TED, Heizelemente o. dgl. sein. Mit dem Begriff der Temperierung kann eine Beheizung oder Kühlung gemeint sein. Mittels dieser zusätzlichen Tempe- rierung der Adsorptions- und/oder Desorptionsflächen oder -körper kann insbesondere zumindest zeitweise oder auch dauerhaft die Ad-/Desorptionsfähigkeit eingestellt bzw. gesteigert werden. Weiterhin kann das Verfahren vorsehen, dass durch zusätzliche Mittel wie bspw. den TEDs oder den erwähnten Heizelementen Wärme zwischen den Adorber-/ Desorberflächen oder -körper ausgetauscht bzw. transportiert werden kann.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass einzelne Elemente in den Figuren stark schematisch dargestellt sind und deshalb nicht den realen Größenverhältnissen entsprechen müssen; zudem sind einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante der Adsorptions-Kälteanlage.
Fig. 3 zeigt eine gegenüber der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 leicht abgewandelte Variante der Adsorptions-Kälteanlage.
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage. Fig. 5 zeigt eine gegenüber der Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 leicht abgewandelte Variante der Adsorptions-Kälteanlage.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage. Für gleiche oder gleich wirkende Elemente bei den in den Figuren 1 bis 6 gezeigten und nachfolgend näher erläuterten Ausführungsvarianten der Erfindung werden in der Regel identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der besseren Übersichtlichkeit halber teilweise nur solche Bezugszeichen in einzelnen Figuren dargestellt, die für die Be- Schreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar. Die schematische Ansicht der Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer durch eine thermoelektrische Einrichtung unterstützten Adsorptions-Kälteanlage 2. Die gezeigte Adsorptions-Kälteanlage 2 umfasst zwei separate und/oder voneinander beabstandete Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6. Die erste Adsorber- oder Adsorptions-Einrichtung 4 besitzt dabei adsorbierende Eigenschaften, die zweite Adsorber- bzw. Adsorptions-Einrich- tungen 6 desorbierende Eigenschaften. Diese beiden Adsorber- bzw. Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 sind jeweils mit ihnen zugeordneten thermoelektrischen Einrichtungen 8 und 10 verbunden, die im folgenden Zusammenhang teilweise auch verkürzt als TED 8 bzw. TED 10 bezeichnet werden sollen. Über einen Kühlmittelkreislauf 12, welcher sich aus einem Haupt-Kreislauf 14 und einem Hilfs-Kreislauf 16 zusammensetzt, sind die Adsorber- bzw. Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 bzw. die thermoelektrischen Einrichtungen (TED) 8 und 10 mit zu temperierenden, insbesondere zu kühlenden elektrischen Nutzern 18 und 20 und/oder elektrischen Komponenten 18, 20, verbunden, bei welchen es sich bspw. um einen DC/DC-Konverter 18, d.h. um einen Gleichspannungswandler 18, und eine Fahrzeugbatterie 20 handeln kann.
Der Haupt-Kreislauf 14 ist in einer Weise aufgebaut bzw. verschaltet, dass die separaten, aber parallel geschalteten Adsorber-Einrichtungen 4 und 6 mit einem Kondensator 22, welcher sich in thermischer Verbindung zu der Batterie 20 befindet, und einem Verdampfer 24 in Reihe angeordnet sind. Die Zu- und Ableitungen 50 der Adsorber-Einrichtun- gen 4 und 6 sind jeweils mit Ventilen 26 versehen, um die Flussrichtung des sich in dem Kühlmittelkreislauf 14 befindlichen Kühlmittels und somit die Durchströmungsrichtungen der Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 regeln bzw. ändern zu können. Bei dem Kühlmittel des Adsorptions-Kreislaufs 14 kann es sich bspw. um Wasser oder um ein anderes geeignetes Kühlfluid handeln. Zusätzlich kann bedarfsweise weiteres Kühlmittel 36 dem Kreislauf 14 zugeführt werden. Der Hilfs-Kreislauf 16 verbindet die ersten und zweiten thermoelektrischen Einrichtungen (TED) 8 und 10 mit dem zu kühlenden DC/DC-Konverter 18. Der Hilfs-Kreislauf 16 ist in einer Weise aufgebaut, dass die Flussrichtung des Kühlmittels 36 mittels eines Zwei- Wege-Ventils 28 verändert werden kann. Da es sich bei dem Hilfs-Kreislauf 16 um einen Hochtemperatur-Kreislauf handelt, kann als Kühlmittel 36 bspw. eine Mischung aus Wasser und Glykol (Wasserglykol) verwendet werden. Um eine zusätzliche Kühlung für das Kühlmittel 36 bereitzustellen, kann eine externe Kühleinrichtung 30 in den Kühlmittelkreislauf 16 integriert werden. Die Strömungs- bzw. Flussrichtung des Kühlmittels 36 im Hilfs- kreislauf 16 ist beispielhaft durch F*feile 32 angedeutet.
Während des Adsorptions-Prozesses der ersten Adsorber-Einrichtung 4, die definitionsgemäß adsorbierende Eigenschaften aufweist, entsteht Wärme. Über die mit der ersten Adsorber-Einrichtung 4 verbundene erste thermoelektrische Einrichtung (TED) 8 wird die entstandene Wärme in den Kühlmittelkreislauf 16 überführt bzw. gepumpt. Die abgegebene Wärme wird anhand der Pfeile 34 verdeutlicht. Während des Verbleibs in dem Kühlkreislauf 16 wird das Kühlmittel 36 auf eine mittlere Temperatur aufgeheizt. Anschließend durchströmt das Kühlmittel 38 die Kühleinrichtung 38 des DC/DC-Konverters 18 und kühlt diesen. Die Wärmeabgabe wird durch weitere Pfeile 34' symbolisiert.
Nach diesem Vorgang verfügt das Kühlmittel 36 über eine hohe thermische Energie, da sich das Kühlmittel 36 auf hohem Temperaturniveau befindet. Das solcherart erhitzte Kühlmittel 36 wird anschließend aufgrund der Einstellung des Zwei-Wege-Ventils 28 der zweiten thermoelektrischen Einrichtung (TED) 10 zugeleitet, welche mit der desorbierend wirkenden zweiten Adsorptions-Einrichtung 6 verbunden ist. Die Wärme 34" des Kühlmittels 36 wird an die zweite thermoelektrische Einrichtung (TED) 10 übertragen. Dadurch kühlt sich das Kühlmittel 36 entsprechend ab. Sofern die Abkühlung des Kühlmittels 36 nicht ausreichend ist, kann eine weitere Abkühlung 34"' über einen Umgebungs- Wärmetauscher 30 erfolgen, bevor das Kühlmittel 36 erneut der Wärmeaufnahme aus dem Adsorptions-Prozess zugeführt wird.
Sobald der Adsorber der zweiten Adsorptions-Einrichtung 6 einen gesättigten Zustand erreicht hat, wird die Strömungsrichtung des Kühlmittels 36 in dem Kühlmittelkreislauf 16 bzw. dem Hilfs-Kreislauf 16 mittels des Zwei-Wege-Ventils 28 und der Polarität der ther- moelektrischen Einrichtungen (TED) 8 und 10 umgeschaltet. Dadurch kann gesättigtes Adsorber-Material durch die Abgabe von Wasser desorbiert werden. Während dieses Desorptions-Prozesses wird Wasserdampf frei. Dieser wird durch den mit dem Kühlmittelkreislauf 14 bzw. dem Haupt-Kreislauf 14 verbundenen Kondensator 22 wieder verflüssigt und dem Verdampfer 24 zugeführt. Wie erwähnt, kann mittels des Verdampfers 24 die Batterie 20 gekühlt werden. Der Verdampfer 24 kühlt während dieses Vorgangs die Batterie 20 bei einer im Vergleich zu dem DC/DC-Konverter 18 niedrigeren Temperatur ab. Das Kühlmittel 36 wird nach dem Kühlungsprozess der Batterie 20 erneut der ersten Adsorptions-Einrichtung 4 zugeführt, wobei eine durch den Adsorptions-Prozess entstehende Wärme 34' wiederum mittels der ersten thermoelektrischen Einrichtung (TED) 8 in den Kühlkreislauf 16 zurückgeführt bzw. zurückgepumpt wird.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die in Fig. 1 gezeigten beiden Kreisläufe normalerweise als erste und zweite Kreisläufe oder als Kreislauf und Hilfskreislauf bezeichnet und angesehen werden können.
Das schematische Blockschaltbild der Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage 2. Die gezeigte Adsorptions-Kälteanlage 2 umfasst eine Batteriepackung 46, welche sich aus einem Gleichspannungswandler 18 bzw. einem DC/DC-Konverter 18 und einer Fahrzeugbatterie 20 zusammensetzt. Der Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 sowie die Fahrzeugbatterie 20 müssen mit unterschiedlich temperierten Kühleinrichtungen gekühlt werden. Typischerweise ist zur Kühlung des Gleichspannungswandlers (DC/DC-Konverters) 18 eine Kühltemperatur von ca. 70 °C und zur Kühlung der Fahrzeugbatterie 20 eine Kühltemperatur von ca. 25 °C sinnvoll bzw. notwendig. Deshalb sind zwischen dem Gleichspannungswandler (DC/DC- Konverter) 18 und der Fahrzeugbatterie 20 ein Kondensator 22 und ein Verdampfer 24 angeordnet. Der Kondensator 22 ist von dem Verdampfer 24 mittels einer isolierenden Schicht 40 getrennt bzw. abgeschirmt. Über einen Kühlmittelkreislauf 12 ist der Kondensator 22 mit einer ersten und einer zweiten Adsorptions-Einrichtung 4 und 6 gekoppelt bzw. fluidisch verbunden, wobei die erste Adsorptions-Einrichtung 4 adsorbierende Ei- genschaften und die zweite Adsorptions-Einrichtung 6 desorbierende Eigenschaften aufweist. Temperieren bedeutet insbesondere "Heizen". Es kann jedoch auch "Kühlen" oder "auf gleicher Temperatur halten" bedeuten.
Zudem befindet sich in dem Kühlmittelkreislauf 12 eine Kühleinrichtung 42, wobei der Kühlmittelkreislauf 12 an den Verbindungen mit der Kühleinrichtung 42 ein Zwei-Wege- Ventil 28 aufweist, durch das der Kühlmittelfluss zwischen der Kühleinrichtung 42 und der ersten Absorptions-Einrichtung 4 bzw. der zweiten Adsorptions-Einrichtung 6 geregelt werden kann. Bei der Kühleinrichtung 42 kann es sich insbesondere um einen Fahrzeugmotorkühler oder, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Einrichtung handeln, welche eine Kühlwir- kung mit Hilfe der Luft aus der Fahrzeugkabine erzeugt. Über Umschaltventile 44 ist der Verdampfer 24 jeweils mit den Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 verbunden.
Die zur abwechselnden Regeneration der Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 benötigte Wärme wird aus der von dem Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 abgege- benen Hitze gewonnen. Bei dieser Vorgehensweise kann ein einzelner Kühlmittelkreislauf 12 genutzt werden. Das Kühlmittel 36 (vgl. Fig. 1) erreicht die erste Adsorptions- Einrichtung 4 bei bspw. rund 35 °C und wird anschließend an den Kondensator 22 weitergeleitet. Dadurch kann der Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 gekühlt werden, bis dieser eine Temperatur von rund 80 °C erreicht hat. Die zweite Adsorptions- Einrichtung 6 verwendet darauf folgend das erwärmte Kühlmittel 36 zur Regeneration. Mittels Umschaltventilen 44 oder einer Pumpe (nicht gezeigt) wird die Flussrichtung des Kühlmittels 36 zu den Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 vertauscht bzw. umgeschaltet.
Das schematische Blockschaltbild der Fig. 3 zeigt eine gegenüber der in Fig. 2 gezeigten zweiten Variante kaum veränderte weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage 2. Die gezeigte Adsorptions-Kälteanlage 2 umfasst auch hier wieder eine Batteriepackung 46, welche sich aus einem Gleichspannungswandler 18 bzw. einem DC/DC-Konverter 18 und einer Fahrzeugbatterie 20 zusammensetzt. Der Gleichspannungswandler 18 sowie die Fahrzeugbatterie 20 müssen mit unterschiedlich tempe- rierten Kühleinrichtungen gekühlt werden. Typischerweise ist zur Kühlung des Gleichspannungswandlers 18 eine Kühltemperatur von ca. 70 °C und zur Kühlung der Fahrzeugbatterie 20 eine Kühltemperatur von ca. 25 °C sinnvoll bzw. notwendig. Deshalb sind zwischen dem Gleichspannungswandler 18 und der Fahrzeugbatterie 20 ein Kondensator 22 und ein Verdampfer 24 angeordnet. Der Kondensator 22 ist von dem Verdamp- fer 24 durch eine isolierende Schicht 40 getrennt bzw. abgeschirmt. Über einen Kühlmittelkreislauf 12 ist der Kondensator 22 mit einer ersten und einer zweiten Adsorptions- Einrichtung 4 und 6 gekoppelt bzw. fluidisch verbunden, wobei die erste Adsorptions- Einrichtung 4 adsorbierende Eigenschaften und die zweite Adsorptions-Einrichtung 6 desorbierende Eigenschaften aufweist. Bei der Kühleinrichtung 42 kann es sich insbesondere um einen Fahrzeugmotorkühler oder, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Einrichtung handeln, welche eine Kühlwirkung mit Hilfe der Luft aus der Fahrzeugkabine erzeugt. Wie bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 befindet sich in dem Kühlmittelkreislauf 12 eine Kühleinrichtung 42, die hier durch eine Einrichtung bzw. einen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 42' gebildet ist, die/der eine Kühlwirkung mit Hilfe der Luft aus der Fahrzeugkabine erzeugt. Der Kühlmittelkreislauf 12 weist an den Verbindungen mit der Kühleinrichtung 42 bzw. dem Luft-Flüssigkeits- Wärmetauscher 42' ein Zwei-Wege-Ventil 28 auf, durch das der Kühlmittelfluss zwischen der Kühleinrichtung 42 bzw. Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 42' und der ersten Absorp- tions-Einrichtung 4 bzw. der zweiten Adsorptions-Einrichtung 6 geregelt werden kann. Über Umschaltventile 44 ist der Verdampfer 24 jeweils mit den Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 verbunden.
Die zur abwechselnden Regeneration der Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 benötigte Wärme wird aus der von dem Gleichspannungswandler 18 abgegebenen Wärmeenergie gewonnen, wobei der gezeigte Kühlmittelkreislauf 12 genutzt werden kann. Das Kühlmittel 36 (vgl. Fig. 1) erreicht die erste Adsorptions-Einrichtung 4 bei bspw. rund 35 °C und wird anschließend an den Kondensator 22 weitergeleitet. Dadurch kann der Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 gekühlt werden, bis dieser eine Temperatur von rund 80 °C erreicht hat. Die zweite Adsorptions-Einrichtung 6 verwendet das dadurch erwärmte Kühlmittel 36 zur Regeneration. Mittels Umschaltventilen 44 oder einer Pumpe (nicht gezeigt) wird die Flussrichtung des Kühlmittels 36 zu den Adsorptions- Einrichtungen 4 und 6 vertauscht bzw. umgeschaltet. Die schematische Darstellung der Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage 2. Die gezeigte Adsorptions-Kälteanlage 2 um- fasst eine Batteriepackung 46, welche sich aus einem Gleichspannungswandler 18 bzw. einem DC/DC-Konverter 18 und einer Fahrzeugbatterie 20 zusammensetzt. Der Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 sowie die Batterie 20 müssen mit unterschied- lieh temperierten Kühleinrichtungen gekühlt werden. Typischerweise ist zur Kühlung des Gleichspannungswandlers (DC/DC-Konverters) 18 eine Kühltemperatur von ca. 70 °C und zur Kühlung der Fahrzeugbatterie 20 eine Kühltemperatur von ca. 25 °C sinnvoll bzw. notwendig. Deshalb sind zwischen dem Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 und der Fahrzeugbatterie 20 ein Wärmetauscher bzw. ein DC-Kühler 48 und ein Ver- dampfer 24 lokalisiert. Der Wärmetauscher bzw. der DC-Kühler 48 ist von dem Verdamp- fer 24 mittels einer isolierenden Schicht 40 getrennt bzw. abgeschirmt. Über einen Kühlmittelkreislauf 12 ist der Wärmetauscher bzw. der DC-Kühler 48 mit der ersten und einer zweiten Adsorptions-Einrichtung 4 und 6 verbunden, wobei der erste Adsorber 4 bzw. die erste Adsorptions-Einrichtung 4 adsorbierende Eigenschaften aufweist, während der zwei- te Adsorber 6 bzw. die zweite Adsorptions-Einrichtung desorbierende Eigenschaften aufweist.
Direkt an den Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 sind jeweils Kondensatoren 22 bzw. 22' angeordnet. Des Weiteren befindet sich in dem Kühlmittelkreislauf 12 eine Kühleinrich- tung 42, wobei der Kühlmittelkreislauf 12 an den Verbindungen mit der Kühleinrichtung 42 ein Zwei-Wege-Ventil 28 aufweist, so dass mittels des Zwei-Wege-Ventils 28 der Kühlmit- telfluss geregelt werden kann. Bei der Kühleinrichtung 42 kann es sich um einen Motorkühler oder, wie in Fig. 5 dargestellt, um einen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 42' handeln, der eine Kühlwirkung mit Hilfe der Luft aus der Fahrzeugkabine erzeugt. Über Um- schaltventile 44 ist der Verdampfer 24 mit den Adsorptions-Einrichtungen 4,6 verbunden.
Die zur abwechselnden Regeneration der Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 benötigte Wärme wird aus der von dem Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 abgegebenen Wärmeenergie gewonnen. Bei dieser Vorgehensweise kann ein einzelner Kühlmit- telkreislauf 12 genutzt werden. Das Kühlmittel erreicht die erste Adsorptions-Einrichtung 4 bei einer Temperatur von bspw. rund 35 °C und wird anschließend an den Kondensator 22 weiter geleitet. Dadurch kann mittels des Wärmetauschers bzw. des DC-Kühlers 48 der Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 gekühlt werden, bis dieser eine Temperatur von rund 80 °C erreicht. Die zweite Adsorptions-Einrichtung 6 verwendet da- raufhin das erwärmte Kühlmittel zur Regeneration. Aufgrund des Verlaufs des Kühlmittelkreislaufs 12 kann der Querstrom des Kühlmittels so genutzt werden, dass eine Kühlung des jeweiligen Kondensators 22 und/oder 22' ermöglicht wird, sobald die erste bzw. die zweite Adsorptions-Einrichtung 4 bzw. 6 regeneriert wird. Befindet sich also die erste Adsorptions-Einrichtung 4 im Regerations-Prozess, erfolgt eine Kühlung des ersten Konden- sators 22'. Mittels Umschaltventilen 44 oder einer Pumpe wird die Flussrichtung des Kühlmittels zu den Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 bedarfsweise vertauscht.
Die schematische Darstellung der Fig. 5 zeigt eine gegenüber der in Fig. 4 gezeigten weiteren Variante nur leicht abgewandelte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Ad- sorptions-Kälteanlage 2. Die gezeigte Adsorptions-Kälteanlage 2 umfasst eine Batteriepa- ckung 46, welche sich aus einem Gleichspannungswandler 18 bzw. einem DC/DC- Konverter 18 und einer Fahrzeugbatterie 20 zusammensetzt. Der Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 sowie die Batterie 20 müssen mit unterschiedlich temperierten Kühleinrichtungen gekühlt werden. Typischerweise ist zur Kühlung des Gleichspan- nungswandlers (DC/DC-Konverters) 18 eine Kühltemperatur von ca. 70 °C und zur Kühlung der Fahrzeugbatterie 20 eine Kühltemperatur von ca. 25 °C sinnvoll bzw. notwendig. Deshalb sind zwischen dem Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 und der Fahrzeugbatterie 20 ein Wärmetauscher bzw. ein DC-Kühler 48 und ein Verdampfer 24 lokalisiert. Der Wärmetauscher bzw. der DC-Kühler 48 ist von dem Verdampfer 24 mittels einer isolierenden Schicht 40 getrennt bzw. abgeschirmt. Über einen Kühlmittelkreislauf 12 ist der Wärmetauscher bzw. der DC-Kühler 48 mit der ersten und einer zweiten Adsorptions-Einrichtung 4 und 6 verbunden, wobei der erste Adsorber 4 bzw. die erste Adsorptions-Einrichtung 4 adsorbierende Eigenschaften aufweist, während der zweite Adsorber 6 bzw. die zweite Adsorptions-Einrichtung desorbierende Eigenschaften auf- weist.
Direkt an den Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 sind jeweils Kondensatoren 22 bzw. 22' angeordnet. Zudem befindet sich in dem Kühlmittelkreislauf 12 eine Kühleinrichtung 42 bzw. ein Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 42', wobei der Kühlmittelkreislauf 12 an den Verbindungen mit der Kühleinrichtung 42 bzw. dem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 42' ein Zwei-Wege-Ventil 28 aufweist, so dass mittels des Zwei-Wege-Ventils 28 der Kühlmit- telfluss geregelt werden kann. Bei der Kühleinrichtung 42 kann es sich insbesondere um einen mit einer Fahrzeugkabine des mit der Anlage 2 ausgestatteten Fahrzeuges verbundenen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 42' handeln, der eine Kühlwirkung mit Hilfe der Luft aus der Fahrzeugkabine erzeugt. Über Umschaltventile 44 ist der Verdampfer 24 mit den Adsorptions-Einrichtungen 4,6 verbunden.
Die zur abwechselnden Regeneration der Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 benötigte Wärme wird aus der von dem Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 abgege- benen Wärmeenergie gewonnen. Bei dieser Vorgehensweise kann ein einzelner Kühlmittelkreislauf 12 genutzt werden. Das Kühlmittel erreicht die erste Adsorptions-Einrichtung 4 bei einer Temperatur von bspw. rund 35 °C und wird anschließend an den Kondensator 22 weiter geleitet. Dadurch kann mittels des Wärmetauschers bzw. des DC-Kühlers 48 der Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 gekühlt werden, bis dieser eine Temperatur von rund 80 °C erreicht. Die zweite Adsorptions-Einrichtung 6 verwendet da- raufhin das erwärmte Kühlmittel zur Regeneration. Aufgrund des Verlaufs des Kühlmittelkreislaufs 12 kann der Querstrom des Kühlmittels so genutzt werden, dass eine Kühlung des jeweiligen Kondensators 22 und/oder 22' ermöglicht wird, sobald die erste bzw. die zweite Adsorptions-Einrichtung 4 bzw. 6 regeneriert wird. Befindet sich also die erste Ad- sorptions-Einrichtung 4 im Regerations-Prozess, erfolgt eine Kühlung des ersten Kondensators 22'. Mittels Umschaltventilen 44 oder einer Pumpe wird die Flussrichtung des Kühlmittels zu den Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 bedarfsweise vertauscht.
Die schematische Darstellung der Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfin- dungsgemäßen Adsorptions-Kälteanlage 2. Die gezeigte Adsorptions-Kälteanlage 2 um- fasst eine Batteriepackung 46, welche sich aus einem Gleichspannungswandler 18 bzw. einem DC/DC-Konverter 18 und einer Fahrzeugbatterie 20 zusammensetzt. Der Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 sowie die Batterie 20 müssen mit unterschiedlich temperierten Kühleinrichtungen gekühlt werden. Typischerweise ist zur Kühlung des Gleichspannungswandlers (DC/DC-Konverters) 18 eine Kühltemperatur von ca. 70 °C und zur Kühlung der Fahrzeugbatterie 20 eine Kühltemperatur von ca. 25 °C sinnvoll bzw. notwendig. Deshalb sind zwischen dem Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 und der Fahrzeugbatterie 20 ein Wärmetauscher bzw. ein DC-Kühler 48 und ein Verdampfer 24 lokalisiert. Der Wärmetauscher bzw. der DC-Kühler 48 ist von dem Verdamp- fer 24 mittels einer isolierenden Schicht 40 getrennt bzw. abgeschirmt. Über einen Kühlmittelkreislauf 12 ist der Wärmetauscher bzw. der DC-Kühler 48 mit der ersten und einer zweiten Adsorptions-Einrichtung 4 und 6 verbunden, wobei der erste Adsorber 4 bzw. die erste Adsorptions-Einrichtung 4 adsorbierende Eigenschaften aufweist, während der zweite Adsorber 6 bzw. die zweite Adsorptions-Einrichtung desorbierende Eigenschaften auf- weist.
Direkt an den Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 sind jeweils Kondensatoren 22 bzw. 22' angeordnet. Des Weiteren befindet sich in dem Kühlmittelkreislauf 12 eine Kühleinrichtung 42, wobei der Kühlmittelkreislauf 12 an den Verbindungen mit der Kühleinrichtung 42 ein Zwei-Wege-Ventil 28 aufweist, so dass mittels des Zwei-Wege-Ventils 28 der Kühlmit- telfluss geregelt werden kann. Bei der Kühleinrichtung 42 kann es sich um einen Motorkühler oder, wie in Fig. 3 und in Fig. 5 dargestellt, um einen Luft-Flüssigkeits- Wärmetauscher 42' handeln, der eine Kühlwirkung mit Hilfe der Luft aus der Fahrzeugkabine erzeugt. Über Umschaltventile 44 ist der Verdampfer 24 mit den Adsorptions- Einrichtungen 4,6 verbunden. Die zur abwechselnden Regeneration der Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 benötigte Wärme wird aus der von dem Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 abgegebenen Wärmeenergie gewonnen. Bei dieser Vorgehensweise kann ein einzelner Kühlmit- telkreislauf 12 genutzt werden. Das Kühlmittel erreicht die erste Adsorptions-Einrichtung 4 bei einer Temperatur von bspw. rund 35 °C und wird anschließend an den Kondensator 22 weiter geleitet. Dadurch kann mittels des Wärmetauschers bzw. des DC-Kühlers 48 der Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 18 gekühlt werden, bis dieser eine Temperatur von rund 80 °C erreicht. Die zweite Adsorptions-Einrichtung 6 verwendet da- raufhin das erwärmte Kühlmittel zur Regeneration. Aufgrund des Verlaufs des Kühlmittelkreislaufs 12 kann der Querstrom des Kühlmittels so genutzt werden, dass eine Kühlung des jeweiligen Kondensators 22 und/oder 22' ermöglicht wird, sobald die erste bzw. die zweite Adsorptions-Einrichtung 4 bzw. 6 regeneriert wird. Befindet sich also die erste Adsorptions-Einrichtung 4 im Regerations-Prozess, erfolgt eine Kühlung des ersten Konden- sators 22'. Mittels Umschaltventilen 44 oder einer Pumpe wird die Flussrichtung des Kühlmittels zu den Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 bedarfsweise vertauscht.
In der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsvariante befindet sich eine zusätzliche Kondensations-Einrichtung 52 im Kühlmittelkreislauf 12, durch die ein Teilstrom 12' geleitet wird, der somit nicht zur oder von der zweiten Adsorptions-Einrichtung 6 bzw. zur oder von der ersten Adsorptions-Einrichtung 4 hin- bzw. hergeleitet wird, sondern direkt durch die Kondensations-Einrichtung 52 strömen kann. Sofern benötigt, kann somit eine variable Abkühlung bzw. insbesondere eine zusätzliche Abkühlung des durch die Kühleinrichtung 42 geleiteten Kühlfluids 36 (vgl. Fig. 1) erfolgen, ohne dass dies zuvor die ersten und zweiten Adsorptions-Einrichtungen 4 und 6 durchströmen muss. Die variable Beaufschlagung der Kondensations-Einrichtung 52 mit einem größeren oder kleineren Teilstrom 12' des durch den Kreislauf 12 geleiteten Gesamtstroms ermöglicht somit eine bessere Variabilität der Temperatureinstellungen der unterschiedlichen zu temperierenden Komponenten der Adsorptions-Kälteanlage.
Insbesondere kann bei dieser vorteilhaften Auslegung des Kühlsystem auf zwei getrennte Kondensatoren 22 und 22* verzichtet werden. Zur Kondensation des Wasserdampfes wird nur ein Kondensor 52 benötigt. Die zur variablen Einstellung der im Teilstrom 12' enthaltenen Kühlmittelmenge ggf. erforderlichen Steuerventile sind hier nicht dargestellt, können jedoch in den Leitungen zur und von der Kondensations-Einrichtung 52 vorhanden sein. Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Adsorptions-Kälteanlage
4 Erste Adsorptions-Einrichtung
6 Zweite Adsorptions-Einrichtung
8 Erste thermoelektrische Einrichtung (TED)
0 Zweite thermoelektrische Einrichtung (TED)
2 Kühlmittelkreislauf, Fluidkreislauf
4 Haupt-Kreislauf
6 Hilfs-Kreislauf
8 Erster zu temperierender/kühlender elektrischer Nutzer, erste zu temperierende/kühlende elektrische Komponente, DC/DC-Konverter, Gleichspannungswandler
0 Zweiter zu temperierender/kühlender Nutzer, zweite zu temperierende/kühlende elektrische Komponente, Fahrzeug batterie
2 Kondensator
' Kondensator
4 Verdampfer
6 Ventil
8 Zwei-Wege-Ventil
0 Externe Kühleinrichtung, Umgebungs-Wärmetauscher
2 Kühlmittelflussrichtung, Strömungsrichtung
4 Wärmeabgabe
' Wärmeabgabe
" Wärmeabgabe
"' Wärmeabgabe
6 Kühlmittel, weiteres Kühlmittel, Kühlfluid, Wasser
8 Kühleinrichtung
0 Isolierende Schicht
2 Kühleinrichtung
' Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher
4 Umschaltventil
6 Batteriepackung
8 Wärmetausche bzw. DC-Kühler Zu- und Ableitungen (der Adsorptions-Einrichtungen)
Kondensations-Einrichtung, zusätzliche Kondensations-Einrichtung

Claims

Patentansprüche
Adsorptions-Kälteanlage (2) mit:
- mindestens zwei separaten, über wenigstens einen Fluidkreislauf (12) fluidisch miteinander gekoppelten Adsorptions-Einrichtungen (4, 6), wobei wenigstens eine erste Absorptions-Einrichtung (4) adsorbierende Eigenschaften und wenigstens eine zweite Adsorptions-Einrichtung (6) desorbierende Eigenschaften aufweist, und wobei der Fluidkreislauf (12) ein Kühlmittel (36) enthält;
- mit mindestens zwei zu temperierenden, insbesondere zu kühlenden elektrischen Nutzern und/oder elektrischen Komponenten (18, 20), die mit dem wenigstens einen Fluidkreislauf (12) fluidisch gekoppelt sind;
- mit mindestens einem Kondensator (22, 22') sowie mit mindestens einem Verdampfer (24), die jeweils mit dem Fluidkreislauf (12) fluidisch gekoppelt sind;
- wobei der Fluidkreislauf (12) eine die mindestens zwei Nutzer und/oder elektrischen Komponenten (18, 20) kühlende Fluidversorgung zwischen den Adsorptions-Einrichtungen (4, 6) und den zu temperierenden Nutzern und/oder elektrischen Komponenten (18, 20) herstellt,
- und wobei eine Kühlmitteltemperatur zur Temperierung bzw. Kühlung des ersten zu kühlende Nutzers bzw. der ersten elektrischen Komponente (18) einen höheren Temperaturwert aufweist als eine Kühlmitteltemperatur zur Temperierung des zweiten zu kühlende Nutzers bzw. der zweiten elektrischen Komponente (18).
Adsorptions-Kälteanlage nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelkreislauf (12) wenigstens einen Haupt-Kreislauf (14) und wenigstens einen Hilfs-Kreislauf (16) umfasst, wobei der wenigstens eine erste zu kühlende Nutzer und/oder die wenigstens eine erste elektrische Komponente (18) im Hilfs-Kreislauf (16) angeordnet und mit diesem fluidisch gekoppelt ist, und wobei der wenigstens eine zweite zu kühlende Nutzer und/oder die wenigstens eine zweite elektrische Komponente (20) im Haupt- Kreislauf (14) angeordnet und mit diesem direkt oder einen Wärmeübertrager fluidisch gekoppelt ist.
Adsorptions-Kälteanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der erste zu kühlende Nutzer bzw. die erste elektrische Komponente (18) durch einen Gleichspannungswandler gebildet ist.
4. Adsorptions-Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der zweite elektrische Nutzer bzw. die zweite elektrische Komponente (20) durch einen Akkumulator oder eine Fahrzeugbatterie gebildet ist.
5. Adsorptions-Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der eine Strömungsrichtung (32) des sich in dem Kühlmittelkreislauf (12) befindlichen Kühlmittels (36) mittels Ventilen (26, 28) veränderbar ist.
6. Adsorptions-Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der zumindest eine thermoelektrische Einrichtung (8, 10) einen Wärmeübertragungsbereich zwischen wenigstens einer der Adsorptions-Einrichtungen (4, 6) und dem wenigstens einen Fluidkreislauf (12) herstellt.
7. Adsorptions-Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der jeweils eine
thermoelektrische Einrichtung (8, 10) einen Wärmeübertragungsbereich zwischen jeder der wenigstens zwei Adsorptions-Einrichtungen (4, 6) und dem wenigstens einen Fluidkreislauf (12) herstellt.
8. Adsorptions-Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der wenigstens eine Kühleinrichtung (42) zur Kühlung des sich in dem Fluidkreislauf (12) befindlichen
Kühlmittels (36) eine externe Einrichtung, insbesondere einen Luft-Flüssigkeits- Wärmetauscher (42') umfasst, welche/welcher eine Kühlwirkung mit Hilfe der Luft aus einer Fahrzeugkabine erzeugt und/oder eine Motorkühlungseinrichtung umfasst.
9. Adsorptions-Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der eine isolierende Schicht (40) den Verdampfer (24) und den Kondensator (22, 22') oder den Wärmetauscher voneinander abschirmt.
10. Adsorptions-Kälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher der Kühlmit- telkreislauf (12) mit wenigstens einer zusätzlichen Kondensations-Einrichtung (52) fluidisch gekoppelt ist, die einen Teilstrom (12') des Kühlfluids (36) des Kühlmittelkreislaufs (12) aufnimmt.
11. Adsorptions-Kälteanlage nach Anspruch 10, bei welcher ein variabler Teilstrom (12') unter Umgehung der ersten und/oder zweiten Adsorptions-Einrichtung (4, 6) durch die Kondensations-Einrichtung (52) strömt.
12. Verfahren zum Betreiben einer Adsorptions-Kälteanlage (2), insbesondere einer Adsorptions-Kälteanlage (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , bei der mindestens zwei separate Adsorptions-Einrichtungen (4, 6) über wenigstens einen Fluidkreis- lauf (12) mit darin zirkulierendem Kühlmittels (36) fluidisch miteinander gekoppelt sind, wobei wenigstens eine erste Absorptions-Einrichtung (4) adsorbierende Eigen- schaffen und wenigstens eine zweite Adsorptions-Einrichtung (6) desorbierende Eigenschaften aufweist,
- wobei mindestens zwei zu temperierende, insbesondere zu kühlende elektrische Nutzer und/oder elektrische Komponenten (18, 20) mit dem Fluidkreislauf (12) fluidisch gekoppelt sind, wobei mindestens ein Kondensator (22, 22') sowie mindes- tens ein Verdampfer (24) jeweils mit dem Fluidkreislauf (12) fluidisch gekoppelt sind,
- wobei der Fluidkreislauf (12) eine die mindestens zwei elektrischen Nutzer und/oder elektrischen Komponenten (18, 20) kühlende Fluidversorgung zwischen den Adsorptions-Einrichtungen (4, 6) und den zu temperierenden bzw. zu kühlen- den elektrischen Nutzen und/oder elektrischen Komponenten (18, 20) herstellt,
- und wobei eine Kühlmitteltemperatur zur Temperierung bzw. Kühlung des ersten zu kühlende Nutzers bzw. der ersten elektrischen Komponente (18) höher liegt als eine Kühlmitteltemperatur zur Temperierung bzw. Kühlung des zweiten zu kühlende Nutzers bzw. der zweiten elektrischen Komponente (18).
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Kühlmittelkreislauf (12) wenigstens einen Haupt-Kreislauf (14) und wenigstens einen Hilfs-Kreislauf (16) umfasst, wobei der wenigstens eine erste elektrische Nutzer und/oder die wenigstens eine erste elektrische Komponente (18) vom Kühlmittel (36) im Hilfs-Kreislauf (16) durchströmt wer- den, und wobei der wenigstens eine zweite elektrische Nutzer und/oder die wenigstens eine zweite elektrische Komponente (20) vom Kühlmittel (36) im Haupt-Kreislauf (14) durchströmt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem eine Strömungsrichtung (32) des sich in dem Kühlmittelkreislauf (12) befindlichen Kühlmittels (36) über verstellbare Ventilen (26, 28) verändert werden kann.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem zumindest eine thermoelekt- rische Einrichtung (8, 10) einen Wärmeübertragungsbereich zwischen wenigstens einer der Adsorptions-Einrichtungen (4, 6) und dem wenigstens einen Fluidkreis- lauf (12) herstellen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem jeweils eine thermoelektri- sche Einrichtung (8, 10) einen Wärmeübertragungsbereich zwischen einer oder mehreren der wenigstens zwei Adsorptions-Einrichtungen (4, 6) und dem wenigstens einen Fluidkreislauf (12) herstellt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem wenigstens eine Kühleinrichtung (42) zur Kühlung des sich in dem Fluidkreislauf (12) befindlichen Kühlmittels (36) eine externe Einrichtung, insbesondere einen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher (42') umfasst, welche/welcher eine Kühlwirkung mit Hilfe der Luft aus einer Fahrzeugkabine erzeugt und/oder eine Motorkühlungseinrichtung umfasst.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem der Kühlmittelkreislauf (12) mit wenigstens einer zusätzlichen Kondensations-Einrichtung (52) fluidisch gekoppelt ist, die einen Teilstrom (12') des Kühlfluids (36) des Kühlmittelkreislaufs (12) aufnimmt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem ein variabler Teilstrom (12') unter Umgehung der ersten und/oder zweiten Adsorptions-Einrichtung (4, 6) durch die Kondensations- Einrichtung (52) strömt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, bei dem die Adsorptions- oder Desorptionsflächen oder -körper durch zusätzliche Mittel temperiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, bei dem durch zusätzliche Mittel wie TEDs Wärme zwischen den Adorber-/Desorberflächen oder -körper ausgetauscht werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, bei dem mehrere Adsorber und/oder Desorber mit jeweils unterschiedlichen Sättigungsgraden betrieben werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, bei dem in unterschiedlichen Fluid- kreisläufen jeweils gleiche oder unterschiedliche Medien oder Stoffgemische verwendet werden.
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