WO2020011317A1 - Verfahren zum erwärmen und entfeuchten der kabinenluft eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum erwärmen und entfeuchten der kabinenluft eines kraftfahrzeugs Download PDF

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Christian RATHBERGER
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Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
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    • F24F3/1411—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant
    • F24F3/1429—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant alternatively operating a heat exchanger in an absorbing/adsorbing mode and a heat exchanger in a regeneration mode

Definitions

  • the present invention relates to a method for heating and dehumidifying the cabin air of a motor vehicle by means of a thermochemical heat store, which is designed as a closed unit.
  • thermochemical heat store which is designed as a closed unit with a first chamber and a second chamber, in a first process phase, namely during the Driving the motor vehicle, a working medium is evaporated in the first chamber and is adsorbed in the second chamber, so that the first chamber is cooled and the second chamber is heated, and the cabin air first outside the first chamber and then outside the second chamber - is guided along and thus dehumidified and, in a second process phase, namely when the motor vehicle is at a standstill, the working medium in the second chamber is desorbed by means of an electric pickling and condensed in the first chamber, so that the second chamber is cooled and the first chamber is heated, and the cabin air t is guided along the outside of the first chamber and is thus heated.
  • thermochemical heat store which is designed as a closed unit with a first chamber and a second chamber. There is a liquid working medium in the first chamber; In the second chamber there is an adsorption medium suitable for adsorption.
  • the method for heating and dehumidifying the cabin air of a motor vehicle can be divided into two process phases:
  • thermochemical heat store which corresponds to a recirculation operation of the thermochemical heat store and is carried out while the motor vehicle is traveling
  • second process phase which corresponds to a regeneration operation of the thermochemical heat store and is carried out when the motor vehicle is at a standstill.
  • the working medium is evaporated in the first chamber of the thermochemical heat store in the first process phase, namely while the motor vehicle is moving, and is adsorbed by the adsorption medium in the second chamber.
  • the first chamber is cooled and the second chamber is heated.
  • the cabin air is first passed outside the first chamber and then outside the second chamber. The cabin air of the motor vehicle is dehumidified.
  • the working medium is desorbed in the second chamber and condensed in the first chamber in the second process phase, namely when the motor vehicle is stationary.
  • the second chamber is cooled and the first chamber heated.
  • the cabin air is guided along the outside of the first chamber in the second process phase and thus heated.
  • the first process phase of the process according to the invention enables high recirculation rates of the cabin air without additional energy expenditure during the driving operation of the motor vehicle.
  • thermochemical heat store in the first process phase and the second process phase can be controlled via a valve between the first chamber and the second chamber of the thermochemical heat store. be valid.
  • the valve between the first chamber and the second chamber can regulate the power output of the thermochemical heat store in particular during the first process phase of the method according to the invention based on the necessary dehumidification of the cabin air of the motor vehicle.
  • FIG. 1 schematically shows a first method phase of an inventive method for dehumidifying the cabin air of a motor vehicle.
  • FIG. 2 schematically shows a second process phase of a method according to the invention for heating the cabin air of a motor vehicle.
  • thermochemical heat store 1 schematically shows the sequence of a first method phase of a method according to the invention for dehumidifying the cabin air of a motor vehicle.
  • 2 schematically shows the sequence of a second process phase of the method according to the invention for heating the cabin air of a motor vehicle.
  • the method uses a thermochemical heat store 1, which is designed as a closed unit with a first chamber 2 and a second chamber 3.
  • the term “closed” means a self-contained system that can only interact with its surroundings via its outer walls.
  • the thermochemical heat store 1 comprises a first chamber 2 and a second chamber 3.
  • the two chambers 2, 3 can be connected to one another via a valve 4.
  • a liquid working medium 5 is arranged in the first chamber 2 of the thermochemical heat store 1.
  • An adsorption medium 6 is arranged in the second chamber 3 of the thermochemical heat store 1.
  • an electrical heating element 7 is arranged in the second chamber 3.
  • the process for heating and dehumidifying the cabin air of a motor vehicle can be divided into two process phases:
  • thermochemical heat accumulator 1 a first process phase, which corresponds to a recirculation operation of the thermochemical heat accumulator 1 and is carried out while the motor vehicle is traveling, and
  • thermochemical heat accumulator 1 A second process phase, which corresponds to a regeneration operation of the thermochemical heat accumulator 1 and is carried out when the motor vehicle is at a standstill.
  • the working medium 5 is evaporated in the first chamber 2 of the thermochemical heat store 1 and adsorbed by the adsorption medium 6 in the second chamber 3.
  • the first chamber 2 is cooled and the second chamber 3 is heated.
  • the moist cabin air is first guided along the outside of the first chamber 2, with cooling and thus condensation of moisture from the cabin air occurring.
  • the condensate 8 is removed.
  • the resulting cool cabin air is then passed to the second chamber 3 led along and warmed.
  • the resulting dehumidified and heated cabin air is in turn directed into the driver's cabin of the motor vehicle (Fig.
  • the working medium 5 is desorbed in the second chamber 3 by means of the electric pickling element 7 and condensed in the first chamber 2.
  • the second chamber 3 is cooled and the first chamber 2 is heated.
  • the cold cabin air is guided along the outside of the first chamber 2 and thus heated (FIG. 2).
  • the path of the cabin air as described in this paragraph is shown schematically in Fig. 2 by the directional arrows 10, 10 'and 10 ".
  • thermochemical heat store 1 in the first process phase and the second process phase is regulated via a valve 4 between the first chamber 2 and the second chamber 3 of the thermochemical heat store 1 (FIG. 1, FIG. 2).
  • thermochemical heat accumulator 1 is regenerated when the motor vehicle is at a standstill - in the case of an electric vehicle, by charging a traction battery and in the case of a vehicle operated by an internal combustion engine, by means of other suitable heat sources, such as the internal combustion engine itself.

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Abstract

Verfahren zum Erwärmen und Entfeuchten der Kabinenluft eines Kraftfahrzeugs mittels eines thermochemischen Wärmespeichers (1), der als eine geschlossene Einheit mit einer ersten Kammer (2) und einer zweiten Kammer (3) ausgeführt ist, wobei in einer ersten Verfahrensphase, nämlich während der Fahrt des Kraftfahrzeugs, in der ersten Kammer (2) ein Arbeitsmedium (5) verdampft wird und in der zweiten Kammer (3) adsorbiert wird, so dass die erste Kammer (2) abgekühlt wird und die zweite Kammer (3) erwärmt wird, und die Kabinenluft erst außen an der ersten Kammer (2) und anschließend außen an der zweiten Kammer (3) entlanggeführt wird (9, 9', 9'') und so entfeuchtet wird und wobei in einer zweiten Verfahrensphase, nämlich im Stillstand des Kraftfahrzeugs, mittels eines elektrischen Heizelements (7) das Arbeitsmedium (5) in der zweiten Kammer (3) desorbiert wird und in der ersten Kammer (2) kondensiert wird, so dass die zweite Kammer (3) abgekühlt wird und die erste Kammer (2) erwärmt wird, und die Kabinenluft außen an der ersten Kammer entlanggeführt wird (10, 10', 10'') und so erwärmt wird.

Description

Verfahren zum Erwärmen und Entfeuchten der Kabinenluft eines
Kraftfahrzeugs
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen und Entfeuchten der Kabinenluft eines Kraftfahrzeugs mittels eines thermochemischen Wärmespei- chers, der als eine geschlossene Einheit ausgeführt ist.
Stand der Technik
Um insbesondere in der kalten Jahreszeit ein Beschlagen von kalten Scheiben eines Kraftfahrzeugs durch Akkumulation von Feuchtigkeit in der Kabinenluft des Kraftfahrzeugs zu verhindern, werden aktuell Kraftfahrzeuge fast ausschließlich im „Frischluft-Modus“ betrieben, d.h. es kommt zu keiner Rezirkulation der bereits aufgewärmten Kabinenluft. Durch das Ausblasen der warmen Kabinenluft bezie- hungsweise durch das notwendige Aufwärmen der kalten Umgebungsluft kommt es zu hohen thermischen Verlusten und somit zu einem hohen Energiebedarf, was sich insbesondere bei Elektrofahrzeugen, nämlich auf deren Reichweiten, negativ auswirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Erwärmen und Entfeuchten von Luft in einer Fahrerkabine eines Kraftfahrzeugs mittels eines thermochemischen Wärmespeichermoduls anzugeben, wobei in einem Regenerationsbetrieb, nämlich bei stehendem Kraftfahrzeug, die Fahrerkabine vorgewärmt und in einem Rezirku- lationsbetrieb, nämlich bei fahrendem Kraftfahrzeug, die Fahrerkabine entfeuchtet werden soll.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Erwärmen und Entfeuch- ten der Kabinenluft eines Kraftfahrzeugs mittels eines thermochemischen Wärme- speichers, der als eine geschlossene Einheit mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer ausgeführt ist, wobei in einer ersten Verfahrensphase, nämlich während der Fahrt des Kraftfahrzeugs, in der ersten Kammer ein Arbeitsmedium verdampft wird und in der zweiten Kammer adsorbiert wird, so dass die erste Kammer abgekühlt wird und die zweite Kammer erwärmt wird, und die Kabinenluft erst außen an der ersten Kammer und anschließend außen an der zweiten Kam- mer entlanggeführt wird und so entfeuchtet wird und wobei in einer zweiten Ver- fahrensphase, nämlich im Stillstand des Kraftfahrzeugs, mittels einer elektrischen Fleizung das Arbeitsmedium in der zweiten Kammer desorbiert wird und in der ersten Kammer kondensiert wird, so dass die zweite Kammer abgekühlt wird und die erste Kammer erwärmt wird, und die Kabinenluft außen an der ersten Kammer entlanggeführt wird und so erwärmt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich eines thermochemischen Wärme- speichers, der als eine geschlossene Einheit mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer ausgeführt ist. In der ersten Kammer befindet sich ein flüssiges Arbeitsmedium; in der zweiten Kammer befindet sich ein zur Adsorption geeigne- tes Adsorptionsmedium.
Erfindungsgemäß ist das Verfahren zum Erwärmen und Entfeuchten der Kabinen- luft eines Kraftfahrzeugs in zwei Verfahrensphasen zu unterteilen:
- eine erste Verfahrensphase, die einem Rezirkulationsbetrieb des thermochemi- schen Wärmespeichers entspricht und während der Fahrt des Kraftfahrzeugs ausgeführt wird sowie - eine zweite Verfahrensphase, die einem Regenerationsbetrieb des thermoche- mischen Wärmespeichers entspricht und bei Stillstand des Kraftfahrzeugs ausge- führt wird.
Erfindungsgemäß wird in der ersten Verfahrensphase, nämlich während der Fahrt des Kraftfahrzeugs, in der ersten Kammer des thermochemischen Wärmespei- chers das Arbeitsmedium verdampft und in der zweiten Kammer von dem Adsorp- tionsmedium adsorbiert. Derart wird die erste Kammer abgekühlt und die zweite Kammer erwärmt. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird in der ersten Verfahrensphase die Kabinenluft zuerst außen an der ersten Kammer und an- schließend außen an der zweiten Kammer entlanggeführt. So wird die Kabinenluft des Kraftfahrzeugs entfeuchtet.
Weiterhin erfindungsgemäß wird in der zweiten Verfahrensphase, nämlich im Stillstand des Kraftfahrzeugs, mittels einer elektrischen Heizung das Arbeitsmedi- um in der zweiten Kammer desorbiert und in der ersten Kammer kondensiert. Derart wird die zweite Kammer abgekühlt und die erste Kammer erwärmt. Erfin- dungsgemäß wird in der zweiten Verfahrensphase die Kabinenluft außen an der ersten Kammer entlanggeführt und so erwärmt.
Durch die erste Verfahrensphase des erfindungsgemäßen Verfahrens sind hohe Rezirkulationsraten der Kabinenluft ohne zusätzlichen Energieaufwand während des Fährbetriebs des Kraftfahrzeugs möglich.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschrei- bung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Der Betrieb des thermochemischen Wärmespeichers in der ersten Verfahrens- phase und der zweiten Verfahrensphase kann über ein Ventil zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer des thermochemischen Wärmespeichers gere- gelt werden.
Das Ventil zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer kann insbeson- dere während der ersten Verfahrensphase des erfindungsgemäßen Verfahrens basierend auf der notwendigen Entfeuchtung der Kabinenluft des Kraftfahrzeugs die Leistungsabgabe des thermochemischen Wärmespeichers regeln.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich- nungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Verfahrensphase eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens zum Entfeuchten der Kabinenluft eines Kraftfahrzeugs.
Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Verfahrensphase eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens zum Erwärmen der Kabinenluft eines Kraftfahrzeugs.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Fig. 1 zeigt schematisch den Ablauf einer ersten Verfahrensphase eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens zum Entfeuchten der Kabinenluft eines Kraftfahr- zeugs. Fig. 2 zeigt schematisch den Ablauf einer zweiten Verfahrensphase des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erwärmen der Kabinenluft eines Kraftfahr- zeugs. Das Verfahren bedient sich eines thermochemischen Wärmespeichers 1 , der als eine geschlossene Einheit mit einer ersten Kammer 2 und einer zweiten Kammer 3 ausgeführt ist. Unter der Begriffl ich keit„geschlossen“ ist ein in sich geschlosse- nes System zu verstehen, dass lediglich über seine Außenwände mit seiner Um- gebung wechselwirken kann.
Der thermochemische Wärmespeicher 1 umfasst eine erste Kammer 2 und eine zweite Kammer 3. Die beiden Kammern 2, 3 sind über ein Ventil 4 miteinander verbindbar. In der ersten Kammer 2 des thermochemischen Wärmespeichers 1 ist ein flüssiges Arbeitsmedium 5 angeordnet. In der zweiten Kammer 3 des thermo- chemischen Wärmespeichers 1 ist ein Adsorptionsmedium 6 angeordnet. Weiter- hin ist in der zweiten Kammer 3 ein elektrisches Heizelement 7 angeordnet.
Das Verfahren zum Erwärmen und Entfeuchten der Kabinenluft eines Kraftfahr- zeugs ist in zwei Verfahrensphasen zu unterteilen:
- eine erste Verfahrensphase, die einem Rezirkulationsbetrieb des thermochemi- schen Wärmespeichers 1 entspricht und während der Fahrt des Kraftfahrzeugs ausgeführt wird sowie
- eine zweite Verfahrensphase, die einem Regenerationsbetrieb des thermoche- mischen Wärmespeichers 1 entspricht und bei Stillstand des Kraftfahrzeugs aus- geführt wird.
In der ersten Verfahrensphase, nämlich während der Fahrt des Kraftfahrzeugs, wird in der ersten Kammer 2 des thermochemischen Wärmespeichers 1 das Ar- beitsmedium 5 verdampft und in der zweiten Kammer 3 von dem Adsorptionsme- dium 6 adsorbiert. Derart wird die erste Kammer 2 abgekühlt und die zweite Kammer 3 erwärmt. Die feuchte Kabinenluft wird zuerst außen an der ersten Kammer 2 entlanggeführt, wobei es zur Abkühlung und somit zur Kondensation von Feuchtigkeit aus der Kabinenluft kommt. Das Kondensat 8 wird abgeführt. Danach wird die daraus resultierende kühle Kabinenluft an der zweiten Kammer 3 entlanggeführt und erwärmt. Die daraus resultierende entfeuchtete und erwärmte Kabinenluft wird wiederrum in die Fahrerkabine des Kraftfahrzeugs geleitet (Fig.
1 ). Der Weg der Kabinenluft wie in diesem Absatz beschrieben wird in Fig. 1 durch die Richtungspfeile 9, 9‘ und 9“ schematisch dargestellt.
In der zweiten Verfahrensphase, nämlich im Stillstand des Kraftfahrzeugs, wird mittels dem elektrischen Fleizelement 7 das Arbeitsmedium 5 in der zweiten Kammer 3 desorbiert und in der ersten Kammer 2 kondensiert. Derart wird die zweite Kammer 3 abgekühlt und die erste Kammer 2 erwärmt. Die kalte Kabinen- luft wird außen an der ersten Kammer 2 entlanggeführt und so erwärmt (Fig. 2). Der Weg der Kabinenluft wie in diesem Absatz beschrieben wird in Fig. 2 durch die Richtungspfeile 10, 10‘ und 10“ schematisch dargestellt.
Der Betrieb des thermochemischen Wärmespeichers 1 in der ersten Verfahrens- phase und der zweiten Verfahrensphase wird über ein Ventil 4 zwischen der ers- ten Kammer 2 und der zweiten Kammer 3 des thermochemischen Wärmespei- chers 1 geregelt (Fig. 1 , Fig. 2).
Der thermochemische Wärmespeicher 1 wird während des Stillstands des Kraft- fahrzeugs regeneriert - im Falle eines Elektrofahrzeugs über das Laden einer Traktionsbatterie und im Falle eines mittels Verbrennungskraftmaschine betriebe- nen Fahrzeugs mittels anderer geeigneter Wärmequellen, wie zum Beispiel der Verbrennungskraftmaschine selbst.
Bezuqszeichenliste
Thermochemischer Wärmespeicher
Erste Kammer
Zweite Kammer
Ventil
Arbeitsmedium
Adsorptionsmedium
Elektrisches Heizelement
Kondensat
Richtungspfeile (Weg der Kabinenluft während eines Rezirkulations- betriebs)
, 10‘, 10“ Richtungspfeile (Weg der Kabinenluft während eines Regenerations- betriebs)

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erwärmen und Entfeuchten der Kabinenluft eines Kraftfahr- zeugs mittels eines thermochemischen Wärmespeichers (1 ), der als eine geschlossene Einheit mit einer ersten Kammer (2) und einer zweiten Kam- mer (3) ausgeführt ist,
wobei in einer ersten Verfahrensphase, nämlich während der Fahrt des Kraftfahrzeugs, in der ersten Kammer (2) ein Arbeitsmedium (5) verdampft wird und in der zweiten Kammer (3) adsorbiert wird, so dass die erste Kammer (2) abgekühlt wird und die zweite Kammer (3) erwärmt wird, und die Kabinenluft erst außen an der ersten Kammer (2) und anschließend au- ßen an der zweiten Kammer (3) entlanggeführt wird (9, 9‘, 9“) und so ent- feuchtet wird und
wobei in einer zweiten Verfahrensphase, nämlich im Stillstand des Kraft- fahrzeugs, mittels eines elektrischen Heizelements (7) das Arbeitsmedium (5) in der zweiten Kammer (3) desorbiert wird und in der ersten Kammer (2) kondensiert wird, so dass die zweite Kammer (3) abgekühlt wird und die erste Kammer (2) erwärmt wird, und die Kabinenluft außen an der ersten Kammer entlanggeführt wird (10, 10‘, 10“) und so erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Betrieb des thermochemischen Wärmespeichers (1 ) in der ersten Verfahrensphase und der zweiten Verfahrensphase über ein Ventil (4) zwischen der ersten Kam- mer (2) und der zweiten Kammer (3) geregelt wird.
PCT/DE2019/200077 2018-07-12 2019-07-12 Verfahren zum erwärmen und entfeuchten der kabinenluft eines kraftfahrzeugs WO2020011317A1 (de)

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