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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeugs
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Klimatisierung
eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.
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DE 10 2005 004 397 beschreibt
eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, bei der Wasser
als Arbeitsmittel zwischen einem Medienspeicherbehälter und
einem Adsorptionswärmetauscher austauschbar ist, wobei
das Arbeitsmittel in dem Medienspeicherbehälter sowohl
verdampfen als auch kondensieren kann. In einer Betriebsart zur
Kühlung eines Fahrgastraums wird ein Kältemittel
eines kompressorbetriebenen Kältekreises in einem herkömmlichen
Verdampfer verdampft, wobei es zuvor zur weiteren Wärmeabgabe
den Medienspeicherbehälter durchströmt, während
das Arbeitsmittel in dem Medienspeicherbehälter verdampft
und in dem Adsorptionswärmetauscher adsorbiert.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Klimatisierung
eines Kraftfahrzeugs anzugeben, mittels der zumindest kurzzeitig
eine hohe Kühlleistung ohne hohen Energieverbrauch bereitgestellt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird für eine eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch
die unmittelbare Umströmung des Verdampferglieds mit Luft
zu deren Küh lung kann eine besonders effektive und schnelle
Luftkonditionierung des Fahrgastraums erfolgen. Dabei braucht insbesondere
kein Kältekreis oder sonstiger Kühlmittelkreis
mit Antriebsenergie versorgt zu werden. Eine solche Kühlung
ist zum Beispiel besonders sinnvoll, um den durch z. B. Sonneneinstrahlung
aufgeheizten Fahrgastraum unmittelbar vor oder bei Antritt der Fahrt herunterzukühlen.
Besonders effektiv ist dabei eine Direktbelüftung der Fahrzeuginsassen
durch eine geeignete Luftführung zumindest in den ersten
Minuten, bis zum Beispiel eine kompressorgetriebene Klimaanlage
des Fahrzeugs ausreichend Kühlleistung entwickelt hat.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das
Fluid ein Kühlmittel eines Motorkühlkreislauf.
Um einen besonders effizienten Betrieb auch bei stehendem Fahrzeugmotor
zu ermöglichen, ist das Kühlmittel dabei mittels
einer elektrischen Umwälzpumpe förderbar. Hierbei
kann es sich um eine Hauptumwälzpumpe handeln oder auch
um eine Zusatzumwälzpumpe, die vornehmlich dem Betrieb
der Klimatisierungsvorrichtung dient. Allgemein vorteilhaft kann
die bei Adsorption des verdampften Arbeitsmittels in dem Adsorptionsglied
entstehende Wärme durch das Motorkühlmittel auf
einfache Weise abgeführt werden.
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Ganz
allgemein vorteilhaft ist es vorgesehen, dass dem Adsorberglied
mittels eines Ventilglieds wahlweise ein Kühler oder eine
Wärmequelle für das Fluid, insbesondere ein Fahrzeugsmotor,
vorschaltbar ist. Hierdurch kann je nach Ventilstellung eine Beladung
des Adsorbermaterials durch Erwärmung und Desorptions des
Arbeitsmittels erfolgen oder während des Kühlmodus
eine Abführung der durch die Adsorption anfallenden Wärme
erzielt werden. Eine Wärmequelle kann insbesondere ein
Fahrzeugmotor sein, insbesondere im Fall eines Verbrennungsmotors.
Der Kühler eines Motorkühlkreislaufs kann bei geeigneter
Verschaltung der Abfuhr der Adsorptionswärme nach außen
dienen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten, alternativen oder ergänzenden
Ausführungsform ist das Fluid vor dem Adsorberglied mittels
einer insbesondere elektrischen Heizeinrichtung erwärmbar.
Hierdurch lässt sich eine besonders hohe Desorptionstemperatur
für das Arbeitsmittel erreichen, was die Wahl einer besonders
effektiven Paarung von Arbeitsmittel und Adsorbermaterial ermöglicht.
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Alternativ
ist es auch möglich, dass das Adsorberglied direkt beziehungsweise
unmittelbar mittels einer Heizeinrichtung erwärmbar ist.
Beispielsweise kann eine elektrische Heizeinrichtung mit dem Adsorberglied
verbunden sein.
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Besonders
bevorzugt ist die Verbindung des Adsorberglieds mit dem Verdampferglied über
ein Absperrventil verschließbar, so dass auf einfache Weise
ein beladener Zustand der Vorrichtung aufrecht erhalten werden kann,
bis die Kühlleistung zum geeigneten Zeitpunkt durch Öffnen
des Ventils abgefragt wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest
ein zweites Adsorberglied vorgesehen ist, wobei das zweite Adsorberglied über
eine Ventilanordnung des Fluids separat von dem ersten Adsorberglied
beladbar oder entladbar ist. Besonders bevorzugt ist dabei jedes
der separaten Adsorberglieder mit einem separaten Verdampferglied
verbunden, so dass zum Beispiel durch alternierenden Betrieb der
beiden Adsorberglieder im Adsorptions- und Desorptionsmodus eine
dauerhafte Kühlleistung bereitgestellt werden kann.
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In
vorteilhafter Detailgestaltung ist das Verdampferglied innerhalb
eines Klimageräts des Kraftfahrzeugs angeordnet, insbesondere
nach einem Kältemittelverdampfer oder einem Heizkörper.
Hierdurch wird die Luft an idealer Stelle gekühlt, um nachfolgende
Verzweigungen und Stellklappen des Klimasystems zu nutzen und eine
einfache Integration in bestehende Konzepte von Fahrzeug-Klimageräten zu
ermöglichen. Die Anordnung nach einem Kältemittelverdampfer
und/oder einem Heizkörper bewirkt, dass die am Verdampferglied
gekühlte Luft keine großen thermischen Massen
wie etwa die genannten Wärmetauscher mehr passieren muss,
so dass eine besonders effektive Kühlung realisiert werden
kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Adsorberglied
ein Adsorptionsmittel, das bevorzugt Aktivkohle ist. Aktivkohle
ist preisgünstig, ungiftig und bietet eine besonders große
innere Oberfläche zur Adsorption des Arbeitsmittels.
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Das
Arbeitsmittel ist bevorzugt ein Alkohol, insbesondere Methanol und/oder
Ethanol. Diese Arbeitsmittel haben ein relativ geringes Gefahrenpotenzial
und zugleich eine hohe Leistungsfähigkeit, zum Beispiel
in Verbindung mit Aktivkohle als Adsorbermaterial.
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Bei
einer im Sinne der Leistungssteigerung besonders bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Verdampferglied Kapillarmittel, mittels deren eine flüssige
Phase des Arbeitsmittels gespeichert wird. Hierdurch kann das Arbeitsmittel
weitgehend flächig über eine große Oberfläche
zum Wärmetausch verteilt gehalten werden, so dass die Verdampfungskälte
optimal zur Kühlung der das Verdampferglied umströmenden
Luft genutzt werden kann.
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Bei
einer kostengünstigen und effektiven Detailgestaltung sind
die Kapillarmittel dabei als Blechformteil mit einer Mehrzahl von
Faltungen ausgebildet, wobei eine kapillarische Struktur zumindest
teilweise durch von den Faltungen begrenzte Räume ausgebildet
ist. Neben günstiger Herstellbarkeit und hoher Porosität
kann hierdurch auch die Verdampfung und Kondensation des Fluids
verbessert werden.
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In
bevorzugter Ausführung ist das Element stoffschlüssig
mit der Oberfläche verbunden, insbesondere mittels Verlötung
oder Verklebung. Hierdurch lässt sich insbesondere ein
guter thermischer Kontakt zwischen dem kapillarischen Element bzw. Blechformteil
und der Oberfläche des Verdampferglieds herstellen. Das
Element kann dabei je nach Dimensionierung in ausreichendem Umfang
biegbar sein, um eine Anpassung an die Form der insbesondere im
Wesentlichen glatten Oberfläche zu ermöglichen.
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Allgemein
vorteilhaft weist die Mehrzahl von Faltungen jeweils im Wesentlichen
parallel zueinander verlaufende Wandabschnitte auf. Durch entsprechend
enge Beabstandung dieser Wandabschnitte lässt sich auf
einfache Weise ein kapillarisch wirksamer Hohlraum erzeugen, wobei
zudem eine hohe Porosität, d. h. ein großes Verhältnis
von Hohlraum zu Materialvolumen, erreichbar ist.
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Bevorzugt
kann es dabei vorgesehen sein, dass die Wandabschnitte jeweils in
einem Winkel zu der Oberfläche ausgerichtet sind, wobei
der Winkel weniger als 90° beträgt. Im Hinblick
auf ein einfaches Herstellungsverfahren lässt sich auf
diese Weise eine erfindungsgemäße Vorrichtung
kostengünstig bereitstellen, da der geringe Abstand benachbarter Faltungswände
einfach durch einen Herstellungsschritt des Umlegens der Faltungen
erzielbar ist. Der Winkel beträgt dabei bevorzugt weniger
als 45°, besonders bevorzugt weniger als 25°.
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In
weiterhin bevorzugter Detailausführung ist in dem Blechformteil
eine Mehrzahl von Vorsprüngen und/oder Durchbrechungen
ausgebildet. Hierdurch ist ein Fluidtransport durch das Blech hindurch
und somit auch in anderen Raumrichtungen als in Längsrichtung
der Faltungen ermöglicht. Die Durchbrechungen und/oder
Vorsprünge sind zudem geeignet, als Anschlag den Abstand
zwischen benachbarten Faltungswänden zu definieren. Somit
kann es je nach Ausführungsform bevorzugt sein, dass lediglich
Vorsprünge, zum Beispiel in Form von Noppen, vorgesehen
sind oder auch Durchbrechungen, zum Beispiel in Form von kiemenförmiger
Ausstellungen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Blechformteil
Stegrippen auf. Stegrippen sind -ähnlich wie zum Beispiel
Kiemenrippen- einfach herstellbar und haben gute Transporteigenschaften
aufgrund der Durchbrechungen zwischen benachbarten Faltungen.
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Bevorzugt
besteht das Blechformteil aus einem gut wärmeleitenden
Metall, insbesondere auf Basis von Kupfer. Neben der guten Wärmeleitung
ist Kupfer gut formbar, so dass die eng beabstandeten Faltungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach herstellbar
sind.
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In
einer geeigneten Ausführungsform besteht das Blechformteil
aus einem Blech, bevorzugt einem Metallband, dessen Dicke weniger
als etwa 0,1 mm und besonders bevorzugt weniger als etwa 0,03 mm
beträgt. Solche Bleche sind mit hoher Prozesssicherheit
zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung formbar.
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In
vorteilhafter Gestaltung einer Ausführungsform weist das
Blechformteil eine Beschichtung mit guter Benetzbarkeit durch das
Fluid auf, wodurch im Falle einer ungünstigen Materialpaarung
von Fluid und Blechmaterial der kapillarische Transport des Fluids
verbessert werden kann.
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In
bevorzugter Detailgestaltung haben die Faltungen eine Dichte von
zwischen etwa 150 und etwa 800 Faltungen/dm, besonders bevorzugt
zwischen etwa 200 und etwa 500 Faltungen/dm. Weiterhin vorteilhaft
haben die Faltungen eine Höhe über der Oberfläche
zwischen etwa 1 mm und etwa 6 mm, besonders bevorzugt zwischen etwa
1 mm und etwa 3 mm.
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Bei
einer effektiven und kostengünstigen Bauform des Verdampferglieds
sind die Kapillarmittel innerhalb von insbesondere flachen Hohlkörpern
des Verdampferglieds angeordnet sind, wobei die Hohlkörper
als von der Luft durchströmbarer Stapel eines Wärmetauschers
ausgebildet sind. Die Kapillarmittel sind zweckmäßig
thermisch leitend, insbesondere stoffschlüssig, mit einer
Innenwand der Hohlkörper verbunden, da der unmittelbare
Vorgang der Verdampfung des Arbeitsmittels zum Hauptteil von den Oberflächen
der Kapillarstrukturen erfolgt.
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Zur
Verbesserung der Wärmeaufnahme aus dem Luftstrom sind die
Hohlkörper luftseitig mit einer Rippe verbunden, insbesondere
mittels flächiger Verlötung.
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Allgemein
vorteilhaft sind die Hohlkörper als nur einseitig offene
Sackrohre ausgebildet, da der Transport des Arbeitsmittels über
die Länge der Hohlkörper in flüssiger
Phase im Wesentlichen durch Kapillarkräfte erfolgt.
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Im
Interesse einer gleichmäßigen Kühlung des
Luftstroms ist eine räumlich gleichverteilte Beladung des
Verdampferglieds sicherzustellen. Dies wird auf einfache Weise dadurch
erreicht, dass das Verdampferglied Verteilerkanäle zur
gleichmäßigen Verteilung des Arbeitsmittels auf
die Hohlkörper aufweist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird für ein eingangs genanntes Verfahren
zur Luftkonditionierung eines Kraftfahrzeugs zudem durch die Merkmale
des Anspruchs 34 gelöst. Vorteilhaft erfolgt der Schritt
a. der Desorption des Arbeitsmittels bzw. die Aufladung der Vorrichtung
mit potentieller Kühlleistung während eines Fahrbetriebs
des Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann hierfür im Sinne
einer Gesamtenergiebilanz die Abwärme eines Verbrennungsmotors
günstig genutzt werden. Weiterhin vorteilhaft erfolgt Schritt
b. kurz vor oder unmittelbar bei Beginn eines Fahrbetriebs nach
einer vorangegangenen Standzeit oder bei einer Fahrtunterbrechung.
In einer solchen Situation bei zum Beispiel durch Sonneneinstrahlung
stark erhitztem Fahrgastraum ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine besonders zweckmäßige Ergänzung
zum Beispiel zu einer herkömmlichen Fahrzeug-Klimaanlage,
da eine sofortige Kühlwirkung weitgehend ohne Energieaufwand
bereitgestellt werden kann. Die Paarung aus Verdampfer und desorbiertem
Adsorber kann dabei als ein jederzeit abrufbarer, energetisch beladener
Speicher von Kühlleistung betrachtet werden.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend
werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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2 zeigt
das Ausführungsbeispiel aus 1 unter
Anbindung an weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs
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3 zeigt
eine Darstellung eines Verdampferglieds der Vorrichtung aus 1.
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4 zeigt
eine Schnittansicht des Verdampferglieds aus 3 entlang
der Linie A-A.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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6 zeigt
eine schematische räumliche Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Kapillarstruktur des Verdampferglieds aus 3 in drei
verschiedenen Stufen einer Herstellung.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Kapillarstruktur mit verschiedenen Vorsprüngen und
Durchbrechungen.
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8 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kapillarstruktur
mit definiertem Abstand benachbarter Faltungen.
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9 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kapillarstruktur mit
nicht umgelegten Faltungen.
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10 zeigt
ein Ausführungsbeispiel der Kapillarstruktur mit Faltungen
in Form von Stegrippen.
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Das
in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung
umfasst ein Adsorberglied 1 und ein hiervon räumlich
separiertes Verdampferglied 2, das über eine Verbindungsleitung 3 mit
dem Adorberglied zum Austausch eines Arbeitsmittels verbunden ist. Die
Leitung 3 ist mittels eines schaltbaren Ventils 4 wählbar
verschließbar.
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Das
Adsorberglied 1 besteht aus einem Stapel von plattenförmigen
Hohlkörpern 1a mit zwischen ihnen angeordneten
Strömungskanälen 1b zur Durchströmung
mit einem Fluid. Über das Fluid kann den Hohlkörpern
des Adsorberglieds Wärme zur Desorption des Arbeitsmittels,
vorliegend ein Alkohol wie etwa Methanol oder Ethanol, von einem
in den Hohlkörpern vorgesehenen Adsorbermaterial, vorliegend
Aktivkohle, zugeführt werden. Das desorbierte Arbeitsmittel
strömt dampf- bzw. gasförmig zum Verdampferglied
und kondensiert dort, wobei seine flüssige Phase an kapillarischen
Strukturen 101 gehalten und gespeichert wird. Hierdurch
wird das Adsorberglied energetisch beladen.
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Durch
Schließen des Ventils 4 kann dieser energetisch
beladene Zustand konserviert werden, bis bei Bedarf durch Öffnen
des Ventils 4 eine Entladung erfolgt. Bei der umgekehrten
energetischen Entladung des Adsor berglieds wird das Adsorberglied 1 mit
kühlem Fluid beströmt, um eine Adsorption des
Arbeitsmittels an der Adsorbermaterial zu unterstützen
und die bei der Adsorption entstehende Wärme kontinuierlich
abzuführen.
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Bei
der energetischen Entladung des Adsorberglieds verdampft das in
den Kapillarstrukturen 101 gehaltene Arbeitsmittel, so
dass das Verdampferglied 2 abkühlt. Das Verdampferglied 2 wird
dabei mit Luft zur Konditionierung eines Fahrgastraums des Fahrzeugs
umströmt, wobei der Luft Wärme entzogen wird.
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2 zeigt
eine Anbindung des bevorzugten Ausführungsbeispiels an
Komponenten des Kraftfahrzeugs. Als Fluid zur Erwärmung
bzw. Kühlung des Adsorberglieds dient das Kühlmittel
eines Motorkühlkreislauf eines Verbrennungsmotors 5.
Der Kühlkreislauf umfasst einen Kühlmittelkühler 6 sowie
eine elektrisch angetriebene Umwälzpumpe 7. Der
Kühlkreislauf ist über ein schaltbares Drei-Wege-Ventil 8 mit
den Zuführungen 8a, 8b und 8c über
zwei Leitungen 9, 10 an das Adsorberglied 1 angebunden.
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Bei
einer ersten Stellung des Ventils 8 ist der Durchgang von 8a nach 8b geöffnet
und der Zugang 8c geschlossen. Hierbei wird Kühlmittel
durch den Kühler 6 gepumpt und gekühlt
und nachfolgend über die Leitung 9 dem Adsorberglied 1 zugeführt
und über die Leitung 10 abgeführt. Dies
entspricht dem Betrieb einer energetischen Entladung.
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Bei
einer zweiten Stellung des Ventils 8, die dem Betrieb einer
energetischen Beladung des Adsorberglieds 1 entspricht,
sind die Anschlüsse 8c und 8b des Ventils 8 miteinander
verbunden und der Anschluss 8a ist geschlossen. Somit wird
Kühlmittel durch den heißen Motor 5 gepumpt
und erwärmt, über die Leitung 10 dem
Adsorberglied 1 zugeführt und über die
Leitung 9 abgeführt.
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Es
ist besonders anzumerken, dass der Adsorber in den beiden Betriebsarten
in unterschiedlicher Richtung von dem Kühlmittel bzw. Fluid
durchströmt wird. Insbesondere bei einem dauerhaft wechselnden
Betrieb, bei dem sich keine homogenen Temperaturverteilungen über
das Adsorberglied einstellen, ist dieser Wechsel der Strömungsrichtungen vorteilhaft.
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Allgemein
ist das Adsorberglied thermisch möglichst gegen die Umgebung
isoliert, um die Effektivität der Vorrichtung zu steigern.
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In
einer Detailgestaltung kann das Adsorberglied Hohlkörper
1a mit
darin enthaltenem Adsorbermaterial umfassen, wie sie zum Beispiel
in der Druckschrift
DE
10 2006 058 387 A1 beschrieben sind. Diese Hohlkörper
1a sind
an zumindest einer Seite mit einem Dampf-Sammelrohr
11 (siehe
1)
verbunden, während die Strömungskanäle
1b des
Fluids an beiden gegenüberliegenden Seiten mit Sammlerrohren
oder Sammlerkästen zur Zuführung und Abführung
des Fluids verbunden sind.
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Das
Verdampferglied 2 ist gemäß 2 in einem
Klimagerät oder Klimamodul 12 des Kraftfahrzeug
angeordnet, in dem sich zudem beispielhaft ein Gebläse 13,
ein Verdampfer 14 eines zusätzlichen Kompressor-Kältekreises
und ein Heizkörper 15 befinden. Das Verdampferglied
ist in seiner Baugröße und seinen Umrissen in
etwa dem Kältemittelverdampfer 14 vergleichbar.
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Folgendes
bevorzugtes Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung und zur Kühlung
des Fahrgastraums wird vorgeschlagen:
Beim ersten Fahrzeugkontakt
der Insassen, zum Beispiel nach einer Parkzeit unter sommerlicher
Sonneneinstrahlung, wird das in der Dampfleitung 3 angeordnete
Ventil 4 geöffnet und das Klimagebläse 13 in
Betrieb genommen. Die elektrische Umwälzpumpe 7 fördert
Kühlmittel aus dem Fahrzeugkühler 6 bei entsprechender
Stellung des Umschaltventils 8 durch das Adsorberglied 1.
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Der
niedrige Dampfdruck im Adsorberglied saugt Arbeitsmitteldampf aus
dem Verdampferglied 2 an und führt zu einer Verdampfung
des dort gespeicherten flüssigen Arbeitsmittels, wodurch
die das Verdampferglied durchströmende Luft abgekühlt wird.
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Wenn
der Verdampfer 14 der konventionellen Klimaanlage die zur
Kühlung erforderliche Arbeitstemperatur erreicht hat, wird
das Umschaltventil 8 des Adsorberglieds 1 so umgeschaltet,
dass vom Fahrmotor 5 zunehmend erwärmtes Kühlmittelmittel das
Adsorberglied vorzugsweise in Gegenstromrichtung bzw. in zu der
anderen Betriebsart umgekehrter Richtung durchströmt, wodurch
dieser allmählich vom Adsorptionsmodus in den Desorptionsmodus überführt
wird.
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Das
desorbierte Arbeitsmittel wird im Verdampferglied der Vorrichtung
kondensiert, wodurch dort die entstehende Kondensationswärme
an die Luft übertragen wird.
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Die
Freisetzung der Kondensationswärme kann durch teilweises
oder zeitweises Schließen des Ventils 4 so geregelt
werden, dass eine gewünschte Temperatur der konditionierten
Luft nicht überschritten wird. Die Desorption des Adsorbers
kann dadurch auf eine längere Zeitperiode mit entsprechend
geringerer Leistung ausgedehnt werden.
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Das
zwischen Adsorberglied 1 und Verdampferglied 2 angeordnete
Ventil 4 wird geschlossen, sobald der Motor 5 abgestellt
wird Das System kann insbesondere auch eingesetzt werden, um bei Kraftfahrzeugen
die Klimatisierung bei abgestelltem Klimakompressor aufrechtzuerhalten:
Dies tritt zum Beispiel bei Fahrzeugen auf, deren Motor zur Kraftstoffersparnis
an Ampeln und bei Kurzzeitstopps automatisch abgeschaltet wird.
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Um
ganz allgemein das System bei kurzen Fahrstrecken zwischen Stopps
optimal zu regenerieren ist auch eine Verwendung von mehreren (N)
Systemen möglich, bei denen immer ein System zur Kühlung
verwendet wird, während sich die übrigen N – 1 Systeme
regenerieren. Hierfür beispielhaft ist es in 5 dargestellt,
das zwei separate Paare von Adsorberglied 1 und Verdampferglied 2 vorgesehen sind,
die über eine Anordnung aus mehreren Schaltventilen 19 jeweils
entweder im Beladungbetrieb oder im Entladungsbetrieb zur Kühlung
von Luft betrieben werden können.
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Ein
detaillierter Aufbau des Verdampferglieds 2 ist in 3 und 4 dargestellt. Äußerlich ist
das Verdampferglied 2 bekannten Flachrohr-Wärmetauschern
von Kraftfahrzeugen vergleichbar, wobei Flachrohren ähnliche,
aber nur einseitig offene flache Hohlkörper 16 parallel
und beabstandet zueinander angeordnet sind. Zwischen den Hohlkörpern 16 sind
jeweils Rippenelemente 17 vorgesehen und mit den Hohlkörpern 16 flächig
verlötet, um die luftumströmte Oberfläche
zu vergrößern. Die Strömungsrichtung
der Luft verläuft senkrecht zu der Zeichnungsebene der 3.
Die Hohlkörper 16 bzw. zumindest der überwiegende
Teil des Verdampferglieds 2 sind zweckmäßig
aus einer Leichtmetalllegierung insbesondere auf Basis von Aluminium
gefertigt.
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An
der offenen Randseite der Hohlkörper 16 sind Verteilerkanäle 18 zur
gleichmäßigen Verteilung des Arbeitsmittels auf
die Hohlkörper 16 vorgesehen.
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Die
Kapillarstrukturen oder Kapillarmittel 101 in den flachrohrartigen
Hohlkörpern 16 des Verdampferglieds 2 werden
gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform
nachfolgend näher beschrieben.
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Die
Kapillarmittel zur Aufnahme eines Fluids mittels Kapillarkräften
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
umfassen ein Blechformteil 101, das mittels flächiger
Verlötung auf der Oberfläche eines Tragteils 102,
vorliegend des Hohlkörpers 16, festgelegt ist.
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Im
Zuge der Herstellung des Kapillarmittels 101 wird zunächst
ein Blech von einer quasi-endlosen Rolle mittels Walzen alternierend
gefaltet (siehe linke Abbildung der 6). Bei
dem Blech handelt es sich vorliegend um ein Kupferblech mit einer
Dicke von 0,025 mm. Das Blechformteil 101 umfasst nach diesem
Umformschritt benachbarte Faltungen 103, die jeweils einen
im Wesentlichen geraden Wandabschnitt 103a und einen Umbiegungsbereich 103b aufweisen.
Die Herstellung der Faltungen 103 kann so erfolgen, dass
zunächst eine etwas flachere Wellenstruktur mittels Walzung
in das Blech eingebracht wird und nachfolgend eine Komprimierung oder
Raffung in Füh rungsrichtung des Bleches erfolgt, so dass
die Wandabschnitte 103a benachbarter Faltungen annähernd
parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Das
Blechformteil 101 wird nachfolgend mittels flächiger
Verlötung auf das Tragteil 102 bzw. 16 aufgebracht
(siehe mittlere Abbildung in 6), wobei
die Wandabschnitte 103a der Faltungen zunächst im
Wesentlichen senkrecht zu dem Tragteil 102 ausgerichtet
sind.
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Nach
der flächigen Verlötung, durch die ein guter thermischer
Kontakt zwischen Blechformteil 101 und Tragteil 102 hergestellt
wird, werden die Faltungen 103 des Blechformteils 101 in
einer Richtung umgelegt oder gekippt (siehe rechte Abbildung in 6),
was durch einen einfachen Walzvorgang oder einen Pressvorgang erfolgen
kann. Durch das Umlegen des Blechformteils 101 werden die
Abständen zwischen benachbarten Wandabschnitten 103a der
Faltungen so stark verringert, so dass die verbleibenden Zwischenräume
als Kapillaren auf ein Fluid wirken können. Das Blechformteil 101 kann
zum Beispiel bis zu einem Winkel zum Tragteil 102 von weniger
als 20° umgelegt werden.
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Insgesamt
wird hierdurch ein flächiges Element bereitgestellt, das
zur Aufnahme und zum Transport des Arbeitsmittels mittels Kapillarkräften geeignet
ist. Das Tragteil 102 kann ein Blech sein, so dass das
Element mittels des Tragteils 102 an einer anderen Struktur,
z. B. dem Flachrohr 16 festlegbar ist. Alternativ handelt
ist das Tragteil 102 unmittelbar eine Gehäusewand,
zum Beispiel die Innenwand des Hohlkörpers 16.
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In
einem abgewandelten Herstellungsverfahren kann in Abweichung von
der zuvor beschriebenen und in 6 gezeigten
Herstellung auch ein Umlegen der Faltungen erfolgen, bevor das Blechformteil 101 auf
das Tragteil 102 aufgebracht wird. Das gefaltete Blechteil
kann hierzu auf eine geeignete Unterlage aufgelegt und dann gewalzt
werden. Die Unterlage ist bevorzugt ausreichend rau, um die sie
berührenden Bereiche des Blechformteils lateral zu halten.
Das Blechformteil wird dann erst nach dem Vorgang des Umlegens auf
das eigentliche Tragteil 102 aufgebracht, zum Beispiel
mittels Verlötung.
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7 zeigt
eine Ausführungsform, bei der zusätzlich zu der
Ausführung nach Fig. 101 vor der Faltung des Blechformteils 101 Strukturen
in das Blech eingebracht wurden, zum Beispiel mittels eines Walzvorgangs
mit strukturierten Walzen. Bei den Strukturen kann es sich um nicht
durchbrochene Vorsprünge oder auch um Durchbrechungen des
Blechs 101 handeln. In 7 sind exemplarisch
verschiedene solcher Strukturen dargestellt. Gezeigt sind längliche
Durchbrechungen in Form von Kiemen 104, runde Durchbrechungen
mit Ausstellungen 105, die zum Beispiel durch eine Stachelwalze
einbringbar sind, beliebig geformte Durchbrechungen ohne Vorsprung 106,
die zum Beispiel mittels Stanzung herstellbar sind sowie eingeprägte
Noppen 107, die lediglich einen Vorsprung in der Blechebene
ausformen, das Blech 101 jedoch nicht durchbrechen.
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Über
die Durchbrechungen kann das Arbeitsmittel nicht nur in Längsrichtung
der Faltungen transportiert werden, sondern auch quer dazu, indem es
die Durchbrechungen in den Wandabschnitten 103a und den
Umbiegungsbereichen 103b der Faltungen durchströmt.
Durch die noppenartigen Vorsprünge 107 ist unter
anderem eine Festlegung des Abstandes benachbarter Wandabschnitte 103a der Faltungen
erzielbar.
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8 zeigt
eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Kapillarmittel, bei dem mittels Vorsprüngen oder vorspringenden
Durchbrechungen 104, 105, 107 im umgelegten
Zustand des Blechformteils 101 ein Abstand d benachbarter Wandabschnitte 103a der
Faltungen 103 definiert wird. Die über die Blechebene
vorstehenden Strukturen 104, 105, 107 liegen
dabei jeweils an dem Wandabschnitt 103a der benachbarten
Faltung an. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise ein
besonders großer, von den Wandabschnitten 103a begrenzter
Zwischenraum bereitstellen, der dennoch ausreichend klein ist, um
das Arbeitsmittel kapillarisch zu transportieren. Die Porosität
der kapillarischen Struktur ist hierdurch auf einfache Weise optimierbar.
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9 zeigt
ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein gefaltetes Blechformteil 101 nach
dem Falten stark gerafft bzw. in Vorschubrichtung des Blechs komprimiert
wurde. Die Abstände zwischen benachbarten Wandabschnitten 103a sind
hierdurch ausreichend klein, um bereits ohne ein Umlegen der Faltungen 103 eine
kapillarische Wirkung zu erreichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die Wandabschnitte 103a insbesondere im Wesentlichen
senkrecht zu dem Tragteil 102 der Vorrichtung ausgerichtet.
In dem Ausführungsbeispiel umfasst das Blechformteil 101 zudem
Durchbrechungen 105, wie sie im Ausführungsbeispiel
nach 7 beschrieben wurden. Vorliegend beträgt
der im Umbiegungsbereich 103b vorliegende größte
Abstand z der Wandabschnitte 103a etwa 0,15 mm. Die gesamte
Höhe des Blechformteils beträgt etwa 1,5 mm.
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10 zeigt
eine räumliche Ansicht einer Stegrippen-Struktur. Derartige
Blechformteile mit Stegrippen sind zumindest von der geometrischen Grundform
her aus dem Bau von Wärmetauschern bekannt. Über
die Länge einer Faltung 103 sind mehrere stegartige
Abschnitte 103c ausgebildet, wobei zwischen zwei aufeinander
folgenden Stegen 103c ein Versatz mit einer Durchbrechung 108 vorgesehen ist.
Durch Umlegen der als Stegrippen ausgebildeten Faltungen 103 in
Richtung des Pfeils können analog zum Ausführungsbeispiel
gemäß 6 kapillarische Strukturen geschaffen
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005004397 [0002]
- - DE 102006058387 A1 [0051]