DE19927879C2

DE19927879C2 - Process for the air conditioning of vehicles and adsorption refrigeration system for carrying out the process

Info

Publication number: DE19927879C2
Application number: DE19927879A
Authority: DE
Inventors: Michael Wigbels; Daniel Hoelder; Hubertus Spieker; Jann-Michael Giebelhausen; Bernhard Dietz
Original assignee: CARBOTEX PRODUKTIONS und VERED; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: CARBOTEX PRODUKTIONS-UND VEREDELUNGSBETRIEBE GMBH,
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2019-06-19
Also published as: DE19927879A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimatisierung von Fahrzeugen mit einer Adsorptionskälteanlage sowie eine Adsorptionskälte anlage zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for air conditioning vehicles with a Adsorption refrigeration system and an adsorption refrigeration plant for carrying out the process.

Für die Klimatisierung von Fahrzeugen wurden bisher vorwiegend Kompressions-Kältemaschinen eingesetzt. In letzter Zeit ist auch die technische Nutzung von Sorptionsprozessen zur Wärme- bzw. Kälte erzeugung für die Klimatisierung von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen worden.For the air conditioning of vehicles so far mainly compression refrigeration machines used. Lately, too, is the technical Use of sorption processes for heating or cooling Generation for the air conditioning of motor vehicles been proposed.

So beschreibt die DE 41 26 960 A1 eine Adsorptions kälteanlage zur Erzeugung von Wärme bzw. Kälte in Kraftfahrzeugen. Bei dieser Anlage wird zur Kälte erzeugung in einer ersten Arbeitsphase ein flüssiges Kältemittel verdampft, einem Sorbens zugeführt und dort adsorbiert. In einer zweiten Arbeitsphase wird das Sorbens erhitzt, um das Kältemittel wieder zu desor bieren. Das gasförmige desorbierte Kältemittel wird schließlich verflüssigt und steht wieder für den Einsatz in der ersten Arbeitsphase zur Verfügung. Die zur Verdampfung des Kältemittels in der ersten Arbeits phase benötigte Energie wird einem flüssigen oder gasförmigen Medium entzogen, das sich dadurch abkühlt. Die Adsorptionskälteanlage dieser Druckschrift arbeitet mit Wasser als Kältemittel und mit Zeolith als Sorbens. DE 41 26 960 A1 describes an adsorption refrigeration system for generating heat or cold in Motor vehicles. This system turns to cold generating a liquid in a first working phase Refrigerant evaporates, is fed to a sorbent and there adsorbed. In a second phase of work, this will be Sorbent heated to desorbed the refrigerant beers. The gaseous desorbed refrigerant finally liquefies and stands again for the Use available in the first phase of work. The to evaporate the refrigerant in the first work energy required is a liquid or withdrawn gaseous medium, which cools down as a result. The adsorption refrigeration system of this publication works with water as the refrigerant and with zeolite as the sorbent.

Die Verwendung von Wasser als Kältemittel erfor dert jedoch aufgrund des geringen Dampfdruckes von Wasser einen äußerst geringen Verdampferdruck. Die einzelnen Einheiten der vorgestellten Adsorptions kälteanlage müssen daher extrem vakuumfest sein, so daß sich die Herstellungskosten einer derartigen Anlage erhöhen. Weiterhin wirkt sich als nachteilig aus, daß der in der Kälteanlage zirkulierende Wasserdampf bei niedrigem Druck ein sehr großes spezifisches Volumen aufweist. Die resultierenden großen Volumenströme innerhalb der Anlage erfordern eine großzügige Dimen sionierung der eingesetzten Aggregate und Rohr verbindungen. Dies führt neben einem erhöhten Gewicht ebenfalls zu höheren Herstellungskosten.Requires the use of water as a refrigerant changes due to the low vapor pressure of Water has an extremely low evaporator pressure. The individual units of the presented adsorption refrigeration system must therefore be extremely vacuum-proof, so that the manufacturing cost of such a system increase. Furthermore, it has the disadvantage that the water vapor circulating in the refrigeration system low pressure a very large specific volume having. The resulting large volume flows inside the facility require a generous size sioning of the units and pipe used links. This leads to an increased weight also at higher manufacturing costs.

Ein weiterer Nachteil der in der Druckschrift vorgeschlagenen Anlage besteht darin, daß in diesem Fall zur Erzeugung der erforderlichen hohen Desorptions- bzw. Regenerationstemperaturen eine zusätzliche elektrische Heizvorrichtung eingesetzt werden muß. Die Desorptionstemperatur liegt bei der eingesetzten Kombination von Wasser als Kältemittel und Zeolith als Sorbens derart hoch, daß lediglich Wärme potentiale mit einem Temperaturniveau oberhalb von 250°C zur Durchführung der Desorption genutzt werden können.Another disadvantage of that in the publication proposed facility is that in this Case to generate the required high Desorption or regeneration temperatures one additional electrical heating device used must become. The desorption temperature is at combination of water as refrigerant and Zeolite as a sorbent so high that only heat potentials with a temperature level above 250 ° C can be used to carry out the desorption can.

In der DE 43 34 808 C1 wird eine Verbesserung einer derartigen Adsorptionskälteanlage vorgeschlagen. Hierbei wird das Sorbens in der Adsorptionsphase nicht wie bei der obigen DE 41 26 960 A1 direkt elektrisch beheizt, sondern mit heißer Luft durchströmt, so daß die Wärmeübertragung in das Sorbens deutlich verbessert und damit die Desorption stark beschleunigt wird. Der ebenfalls vorgeschlagene halboffene Kältemittel kreislauf führt zwar zu einem geringeren Aufwand hinsichtlich der Einhaltung eines Vakuums, zieht jedoch zwangsläufig einen Verlust an Kältemittel nach sich. Dies ist mit einem Komfortnachteil für den Betreiber der Anlage verbunden, da dieser in regelmäßigen Abständen Kältemittel nachfüllen muß.DE 43 34 808 C1 is an improvement on Such adsorption refrigeration system proposed. Here, the sorbent is not in the adsorption phase as in the above DE 41 26 960 A1 directly electrically heated but with hot air flowing through it, so that the heat transfer into the sorbent is significantly improved and so the desorption is accelerated strongly. The semi-open refrigerants also proposed Circulation leads to less effort in terms of maintaining a vacuum, however, pulls inevitably a loss of refrigerant. This is with a comfort disadvantage for the operator connected to the facility, as this occurs in regular Refrigerant intervals must be refilled.

Weiterhin ist zu erwarten, daß die zur Beheizung des Sorbens herangezogene Außenluft mit der Zeit die Poren des Sorbens zusetzt, so daß die Sorptions kapazität und damit die Kälteleistung einer derartigen Anlage auf Dauer negativ beeinflußt werden.Furthermore, it is expected that the heating of the sorbent used outside air over time Pores of the sorbent clog, so that the sorption capacity and thus the cooling capacity of such Plant can be negatively influenced in the long run.

Auch bei dieser Anlage werden Zeolith als Sorbens und Wasser oder Sole als Kältemittel eingesetzt. Es ist daher, ebenso wie bei der DE 41 26 960 A1, eine elektrische Heizvorrichtung - hier zur Aufheizung der eingeblasenen Luft - notwendig, um die für die Desorption erforderlichen Temperaturen zu erreichen. Alternativ wird bei dieser Druckschrift vorgeschlagen, die zur Desorption eingeleitete Luft mit einer externen stromführenden Abwärmequelle sehr hoher Temperatur, einer bei Elektrofahrzeugen eingesetzten Hochtempe raturbatterie, zu beheizen.This plant also uses zeolite as a sorbent and water or brine are used as refrigerants. It is therefore, just like in DE 41 26 960 A1, a electric heating device - here for heating the blown air - necessary to the for the Desorption required temperatures to reach. Alternatively, it is proposed in this publication that the air introduced for desorption with an external current-carrying waste heat source of very high temperature, a high temperature used in electric vehicles raturbatterie, to heat.

Bei der ersten Variante der elektrischen Beheizung verschlechtert sich jedoch der Wirkungsgrad des Fahrzeuges, da zusätzlich elektrische Energie erzeugt werden muß. Die zweite Variante hat den Nachteil, daß zu ihrer Realisierung eine entsprechende Hochtempe raturbatterie im Fahrzeug vorhanden sein muß.In the first variant of electrical heating however, the efficiency of the Vehicle because it also generates electrical energy must become. The second variant has the disadvantage that a corresponding high temperature for their realization raturbatterie must be present in the vehicle.

Eine Nutzung anderer Wärmepotentiale des Fahr zeuges für die Bereitstellung der zur Desorption erforderlichen hohen Temperaturen, wie beispielsweise der Abgaswärme, kommt aufgrund der hierfür erforder lichen aufwendigen konstruktiven Maßnahmen nicht in Frage. Andere Wärmequellen, wie beispielsweise das Kühlwasser des Fahrzeugs, erreichen wiederum nicht die zur Regeneration des beladenen Zeolithes erforderlichen hohen Temperaturen.Use of other driving heat potentials Stuff for the provision of desorption required high temperatures, such as the exhaust gas heat, comes because of this complex constructional measures not in Question. Other heat sources, such as that Cooling water of the vehicle, in turn, do not reach that necessary for the regeneration of the loaded zeolite high temperatures.

Die DE 36 38 706 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung von Wärme und Kälte mittels eines Sorptionssystems. Hierbei wird ein zweistufiger Prozess mit einer Kaskade aus zwei hintereinander angeordneten Reaktoren eingesetzt, die als Kältemittel/ Sorbens-Paare Zeolith/Wasser und Aktivkohle/Methanol enthalten. Aufgrund des zweistufigen Aufbaus und des damit verbundenen Raumbedarfs ist ein derartiges System nicht für die Klimatisierung von Kraftfahrzeugen geeignet. Auch die für die Desorption angegebenen Temperaturniveaus von etwa 300°C bzw. 120°-170°C werden vom Kühlwasser eines Fahrzeuges nicht erreicht.DE 36 38 706 A1 describes a device for continuous generation of heat and cold by means of of a sorption system. This becomes a two-stage Process with a cascade of two in a row arranged reactors used as refrigerants / Sorbent pairs of zeolite / water and activated carbon / methanol contain. Due to the two-stage structure and the the associated space requirement is such a system not for the air conditioning of motor vehicles suitable. Also those specified for desorption Temperature levels of around 300 ° C or 120 ° -170 ° C are not reached by the cooling water of a vehicle.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ausgehend von dem genannten gattungsgemäßen Stand der Technik ein Verfahren und eine Adsorptions kälteanlage zur Klimatisierung von Fahrzeugen bereit zustellen, die ohne aufwendige Konstruktionsmaßnahmen eine Nutzung von Abwärmequellen im Fahrzeug zur Desorption ermöglicht. Insbesondere soll die Anlage ohne elektrische Zusatzheizung mit dem Kühlwasser des Fahrzeugmotors betrieben werden können.The object of the present invention is therein, based on the generic State of the art a method and an adsorption refrigeration system ready for air conditioning of vehicles deliver that without complex construction measures use of heat sources in the vehicle Desorption enables. In particular, the facility should without additional electrical heating with the cooling water of the Vehicle engine can be operated.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Adsorptionskälteanlage gemäß den Patentansprüchen 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage und des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is with the procedure and the Adsorption refrigeration system according to claims 1 and 5 solved. Advantageous configurations of the system and the procedure are the subject of the subclaims.

Hierbei wurde erkannt, daß durch eine geeignete Wahl des Stoffpaares Kältemittel/Sorbens die für die Desorption bzw. Regenerierung des Sorbens erforderliche Temperatur derart reduziert werden kann, daß Abwärme des Fahrzeugmotors auf einem deutlich geringeren Temperaturniveau als dies die Anlagen des Standes der Technik erfordern, zur Regenerierung des beladenen Sorbens verwendet werden kann. Durch diese erweiterte Nutzungsmöglichkeit der Abwärme wird der gesamte Wirkungsgrad des Fahrzeuges verbessert. So kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der zugehörigen Adsorptionskälteanlage die im Kühlwasser eines Fahr zeugs enthaltene Abwärme ohne aufwendige konstruktive Maßnahmen für den Desorptionsprozess verwendet werden. Das erfindungsgemäß eingesetzte Stoffpaar Methanol/ Aktivkohle ermöglicht die direkte Einbindung des Kühlwasserkreislaufes in den Regenerationswärmekreis lauf der Sorptionseinheiten. Das heiße Kühlwasser kann dazu vom Motor durch einfache isolierte Rohrverbin dungen in die beladenen Sorptionseinheiten geleitet werden.It was recognized that a suitable Choice of the refrigerant / sorbent material pair for the Desorption or regeneration of the sorbent required Temperature can be reduced so that waste heat of the vehicle engine on a significantly lower Temperature level than this the state of the art Technique require regeneration of the loaded Sorbent can be used. Through this extended Waste heat can be used as a whole Efficiency of the vehicle improved. So with that inventive method or the associated Adsorption refrigeration system in the cooling water of a vehicle Waste heat contained without expensive constructive Measures for the desorption process can be used. The pair of substances methanol / Activated carbon enables the direct integration of the Cooling water circuit in the regeneration heat circuit run of the sorption units. The hot cooling water can in addition from the motor by simple insulated pipe connection doses in the loaded sorption units become.

Vorzugsweise ist das Sorbens Aktivkohle in Form einer sehr feinkörnigen Schüttung durch Metallgitter bzw. Metallgaze direkt an der Wärmeaustauschfläche innerhalb der Sorptionseinheiten fixiert. Hierdurch wird ein optimaler Wärmeübergang von Kühlwasserwärme in das Sorbens erreicht.The activated carbon sorbent is preferably in the form a very fine-grained fill through metal grids or metal gauze directly on the heat exchange surface fixed within the sorption units. hereby an optimal heat transfer of cooling water heat in reached the sorbent.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs gemäße Adsorptionskälteanlage ermöglichen in vorteil hafter Weise die Nutzung von Wärmepotentialen im Kraftfahrzeug, die bisher aufgrund ihres geringeren Temperaturniveaus nicht berücksichtigt werden konnten. Durch die Nutzung der Abwärme des Kühlwassers läßt sich der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeuges verbessern. Weiterhin kann die Anlage eine sehr hohe Lebensdauer bei gleichbleibender Kälteleistung gewährleisten.The inventive method and the Invention appropriate adsorption refrigeration system advantageously allow the use of heat potential in the Motor vehicle, so far because of its lower Temperature levels could not be taken into account. By using the waste heat of the cooling water improve the overall efficiency of the vehicle. Furthermore, the system can have a very long service life guarantee with constant cooling capacity.

Durch die Nutzung von Methanol anstelle von Wasser als Kältemittel ist eine Kälteerzeugung von unter 0°C möglich. Wasser würde bei diesen Temperaturen gefrieren und die Adsorptionskälteanlage zusetzen.By using methanol instead of water as a refrigerant, refrigeration is below 0 ° C possible. Water would freeze at these temperatures and add the adsorption refrigeration system.

Durch den Einsatz von Methanol als Kältemittel ergibt sich darüber hinaus der Vorteil eines im Vergleich zu Wasser höheren Dampfdruckes, so daß ein höherer Verdampferdruck zugelassen ist. Dies führt sowohl zu geringeren Anforderungen hinsichtlich der Dichtigkeit der Anlage als auch zum Vorteil einer geringeren Baugröße gegenüber den bekannten Sorptions kälteanlagen mit dem Stoffpaar Wasser/Zeolith. Der sinkende Materialbedarf für die Aggregate einer Adsorptionskälteanlage mit dem Kältemittel Methanol wirkt sich auch positiv auf das dynamische Verhalten und damit auf die Leistung der Anlage aus. Durch die Möglichkeit, Kälte auf einem Temperaturniveau von unter 0°C bereitzustellen, wird die Leistungsfähigkeit der Fahrzeugklimatisierungsanlage nochmals verbessert.By using methanol as a refrigerant there is also the advantage of an im Compared to water of higher vapor pressure, so that a higher evaporator pressure is permitted. this leads to both to lower requirements in terms of Tightness of the system as well as for the benefit of smaller size compared to the known sorption refrigeration systems with the material pair water / zeolite. The decreasing material requirements for the aggregates Adsorption refrigeration system with the refrigerant methanol also has a positive effect on dynamic behavior and thus on the performance of the system. Through the Possibility of cold at a temperature level below Providing 0 ° C will increase the efficiency of the Vehicle air conditioning system improved again.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs gemäße Anlage werden nachfolgend anhand eines Aus führungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:The inventive method and the Invention appropriate system are subsequently based on an off example in connection with the drawings explained again in more detail. Here show:

Fig. 1 Gleichgewichtsisothermen für das Stoffpaar Aktivkohle (AK1700)/Methanol im Vergleich zu entsprechenden aus der Literatur entnommenen Daten für Zeolith/Wasser; und Fig. 1 equilibrium isotherms for the pair of activated carbon (AK1700) / methanol compared to corresponding data from the literature for zeolite / water; and

Fig. 2 schematisch ein Beispiel für eine Ausgestal tung der erfindungsgemäßen Adsorptionskälteanlage und deren Einbindung in das Kühlwassersystem eines Kraftfahrzeugs. Fig. 2 shows schematically an example of an embodiment of the adsorption refrigeration system according to the invention and its integration into the cooling water system of a motor vehicle.

In Fig. 1 ist deutlich der Vorteil der Verwendung von Aktivkohle als Sorbens und Methanol als Kältemittel im Vergleich zum Stoffpaar Zeolith/Wasser in einer Adsorptionskälteanlage zu erkennen. Die Daten wurden durch Anwendung der unterschiedlichen Arbeitsstoffpaare im Rahmen der Berechnung eines adsorptiven Kälteerzeugungs-Modellprozesses gewonnen. Aus der Figur ergibt sich, daß im Hinblick auf die Verwendung in adsorptiven Kälteerzeugungsprozessen das untersuchte Arbeitsstoffpaar hochaktivierte Aktivkohle (AK1700)/ Methanol gerade bei niedrigen Antriebstemperaturen gegenüber dem Stoffpaar Zeolith/H₂O einen deutlich höheren Gütegrad aufweist. So wird der maximale COP (Coefficient of Performance) bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Stoffpaar Aktivkohle/Methanol bereits bei einer Desorptionstemperatur zwischen 80 und 90°C erreicht, während der COP bei dem im Stand der Technik eingesetzten Stoffpaar Zeolith/H₂O selbst bei einer Desorptionstemperatur von 120°C noch deutlich unter dem von Aktivkohle/Methanol liegt.In Fig. 1, the benefit of using activated carbon as the sorbent and methanol can be clearly seen as a refrigerant in comparison with the pair of substances zeolite / water in an adsorption refrigeration. The data were obtained by using the different working fluid pairs in the calculation of an adsorptive refrigeration model process. It can be seen from the figure that with regard to the use in adsorptive refrigeration processes, the investigated working material pair of highly activated activated carbon (AK1700) / methanol has a significantly higher quality grade compared to the material pair zeolite / H ₂ O, especially at low drive temperatures. For example, the maximum COP (coefficient of performance) for the activated carbon / methanol substance pair used according to the invention is already reached at a desorption temperature between 80 and 90 ° C., while the COP for the zeolite / H ₂ O material pair used in the prior art even at a desorption temperature of 120 ° C is still significantly below that of activated carbon / methanol.

In Fig. 2 ist schematisch die Einbindung einer erfindungsgemäßen Adsorptionskälteanlage in den Kühlwasserkreislauf eines Fahrzeugmotors dargestellt. Die Figur zeigt die verschiedenen Wärmeträgerkreisläufe anhand eines Beispiels der erfindungsgemäßen Anlage, bei dem zwei das Sorbens Aktivkohle enthaltende Speicherbehälter vorgesehen sind.In FIG. 2, the integration of an adsorption cooling according to the invention in the cooling water circuit of a vehicle engine schematically. The figure shows the various heat transfer circuits using an example of the system according to the invention, in which two storage containers containing the sorbent activated carbon are provided.

Die Adsorptionskälteanlage 1 weist zwei Sorptions einheiten mit den Speicherbehältern 2 bzw. 3 auf. Die Speicherbehälter beinhalten jeweils das von einem Feststoff (Aktivkohle) gebildete Sorbens 4 bzw. 5. In der Adsorptionskälteanlage sind weiterhin ein Vorratsbehälter 6 mit flüssigem Sorbat (Methanol), ein Kondensator 7, ein Verdampfer 8 sowie ein Leitungs system bestehend aus den Dampfkanälen 9 bis 13, den Dampfsperren 14 bis 17 sowie einem Expansionsventil 18 zusammengesetzt. Das Expansionsventil 18 verbindet den Kondensator 7 über den Vorratsbehälter 6 fluidisch mit dem Verdampfer 8. Der Verdampfer 8 ist über einen nicht gezeigten Wärmetauscher mit dem Fahrzeuginnenraum 48 verbunden, dem er während des Betriebs zur Klimati sierung die zur Verdampfung des Kältemittels (Methanol) notwendige Wärme entzieht.The adsorption refrigeration system 1 has two sorption units with the storage containers 2 and 3 . The storage containers each contain the sorbent 4 or 5 formed from a solid (activated carbon). In the adsorption refrigeration system are also a reservoir 6 with liquid sorbate (methanol), a condenser 7 , an evaporator 8 and a line system consisting of the steam channels 9 to 13 , the vapor barriers 14 to 17 and an expansion valve 18 . The expansion valve 18 fluidly connects the condenser 7 to the evaporator 8 via the reservoir 6 . The evaporator 8 is connected via a heat exchanger, not shown, to the vehicle interior 48 , from which it removes the heat required for the evaporation of the refrigerant (methanol) during operation for air conditioning.

In den Speicherbehältern 2 und 3 sind neben dem Sorbens Wärmetauscher 19 bzw. 20 vorgesehen, die einerseits der Zuführung der für die Desorption erforderlichen Wärme und andererseits der Abführung der bei der Adsorption entstehenden Wärme dienen. Das poröse Sorbens 4 bzw. 5 besteht aus einer losen, feinkörnigen Schüttung von Aktivkohle 29, die mittels eines Metallgaze 30 an den Wärmeaustauschflächen 31 der Wärmetauscher 19 bzw. 20 gehalten wird. Dies ist in Teilbild A zu erkennen.In the storage tanks 2 and 3 , heat exchangers 19 and 20 are provided in addition to the sorbent, which serve on the one hand to supply the heat required for the desorption and on the other hand to dissipate the heat generated during the adsorption. The porous sorbent 4 or 5 consists of a loose, fine-grained bed of activated carbon 29 , which is held by means of a metal gauze 30 on the heat exchange surfaces 31 of the heat exchangers 19 and 20 . This can be seen in sub-picture A.

In nahezu dem gesamten inneren Volumen der Sorptionseinheiten bzw. Speicherbehälter 2, 3 sind Wärmeaustauschflächen, vorzugsweise als Platten oder Rohrwärmeaustauschflächen, vorgesehen, die mittels der Rohre 21 bis 24 mit Heizwasser für die Desorption bzw. mit Kühlwasser für die Adsorption versorgt werden. Diese Rohre sind in zwei Leitungssysteme eingebunden, die die Wärmeaustauschkreisläufe bilden und separat über die Ventile 25 bis 28 eingekoppelt werden können.Heat exchange surfaces, preferably as plates or tubular heat exchange surfaces, are provided in almost the entire inner volume of the sorption units or storage containers 2 , 3 and are supplied with heating water for desorption or cooling water for adsorption by means of tubes 21 to 24 . These pipes are integrated in two pipe systems, which form the heat exchange circuits and can be coupled in separately via valves 25 to 28 .

Zwischen den einzelnen Rohren bzw. Platten der mit Aktivkohle beschichteten Wärmeaustauschflächen befindet sich ein Dampfraum 32 (vgl. Teilbild A), durch den der desorbierte Sorbatdampf in die Verbindungskanäle 9 bis 12 gelangt. Diese Verbindungskanäle verbinden den Innenraum der Speicherbehälter 2 bzw. 3 mit dem Kondensator 7 bzw. dem Verdampfer 8. Sie dienen dem Transport des Sorbatdampfes beim Desorptionsprozess vom Speicherbehälter in den Kondensator 7 bzw. beim Adsorptionsprozess vom Verdampfer 8 in den Speicher behälter. In den Verbindungskanälen sind Dampfsperren 14 bis 17 angeordnet, mittels derer die Sorptions einheiten vom Verdampfer bzw. dem Kondensator fluidisch voneinander abgetrennt werden können, so daß das Sorbens 4 bzw. 5 vom Sorbat 33 reaktiv isolierbar ist.Between the individual tubes or plates of the heat exchange surfaces coated with activated carbon there is a vapor space 32 (see partial image A) through which the desorbed sorbate vapor reaches the connecting channels 9 to 12 . These connecting channels connect the interior of the storage containers 2 and 3 to the condenser 7 and the evaporator 8, respectively. They serve to transport the sorbate vapor during the desorption process from the storage container into the condenser 7 or during the adsorption process from the evaporator 8 into the storage container. In the connecting channels, vapor barriers 14 to 17 are arranged, by means of which the sorption units can be fluidically separated from the evaporator or the condenser, so that the sorbent 4 or 5 can be reactively isolated from the sorbate 33 .

Der Vorratsbehälter 6 beinhaltet das flüssige Sorbat 33, das ihm nach Verflüssigung im Kondensator 7 durch den Rohrabschnitt 13a zugeführt wird. Vom Vorratsbehälter gelangt das flüssige Sorbat über die Verbindung 13b zum Entspannungsventil 18, durch das sich das verflüssigte Sorbat über die Verbindungs leitung 13b auf das Druckniveau für die Verdampfung in den Verdampfer 8 entspannen läßt.The reservoir 6 contains the liquid sorbate 33 , which is supplied to it after liquefaction in the condenser 7 through the pipe section 13 a. From the reservoir, the liquid sorbate passes through the connection 13 b to the expansion valve 18 through which the liquefied sorbate can be relaxed via the connection line 13 b to the pressure level for the evaporation in the evaporator 8 .

Beim Betrieb dieser Fahrzeugklimatisierungsanlage werden die beiden Sorptionseinheiten 2 und 3 wechsel weise in Adsorption bzw. Desorption betrieben. Zur Aufladung einer Sorptionseinheit wird Kühlwasser vom im Motorraum neben dem Motorkühler zusätzlich vorgesehenen Zusatzkühler 46 durch den Wärmetauscher der jeweiligen Sorptionseinheit gefördert, um die dort entstehende Adsorptionswärme abzuführen. Bei Entladung einer Sorptionseinheit wird Heißwasser vom Fahrzeugmotor 45 über die Rohrleitungen 38 und 22 (bzw. 37 und 24) durch den Wärmetauscher der jeweiligen Sorptionseinheit geführt, um die zur Desorption erforderliche Wärme bereitzustellen. Das aus der Sorptionseinheit aus tretende, abgekühlte Wasser wird über die Rohrleitungen 21 und 36 (bzw. 23 und 35) dem Motorkühler 34 zuge führt, wo dem Kühlwasser die zur Kühlung des Motors notwendige Restwärme entzogen wird. Anschließend gelangt das kalte Wasser über Leitung 47 in den Motor 45. Die einzelnen an den Verbindungen zum Kühlmittel kreislauf des Fahrzeugmotors vorgesehenen Ventile 25 bis 28 werden dabei derart angesteuert, daß die entsprechenden Wärmeströme zu den jeweiligen Sorptions einheiten gelangen. Hierbei wird zur gleichen Zeit jeweils eine der beiden Sorptionseinheiten in einer Desorptionsphase und die andere in einer Adsorptions phase betrieben. Auf diese Weise ist es durch eine periodische Ansteuerung der Ventile 26 bis 28 möglich, einen kontinuierlichen Betrieb der Klimatisierungs anlage aufrecht zu erhalten. Eine Pause beim Betrieb des Verdampfers für den Zeitraum der Desorption ist nicht erforderlich.When operating this vehicle air conditioning system, the two sorption units 2 and 3 are alternately operated in adsorption or desorption. To charge a sorption unit, cooling water is conveyed by the additional cooler 46, which is additionally provided in the engine compartment in addition to the engine cooler, through the heat exchanger of the respective sorption unit in order to dissipate the heat of adsorption generated there. When a sorption unit is discharged, hot water is led from the vehicle engine 45 via the pipes 38 and 22 (or 37 and 24) through the heat exchanger of the respective sorption unit in order to provide the heat required for desorption. The emerging from the sorption unit, cooled water is fed through the pipes 21 and 36 (or 23 and 35) to the engine cooler 34 , where the cooling water the residual heat necessary for cooling the engine is removed. The cold water then enters the motor 45 via line 47 . The individual on the connections to the coolant circuit of the vehicle engine provided valves 25 to 28 are controlled such that the corresponding heat flows to the respective sorption units. Here, one of the two sorption units is operated at the same time in a desorption phase and the other in an adsorption phase. In this way, it is possible to maintain a continuous operation of the air conditioning system by periodically actuating the valves 26 to 28 . A pause in the operation of the evaporator for the period of desorption is not necessary.

So wird während einer Phase des Klimatisierungs prozesses beispielsweise der Heizkreislauf in Sorptionseinheit 2 durch die Ventile 25 und 26 geschlossen. Hierdurch gelangt heißes Kühlwasser vom Fahrzeugmotor 45 über die Leitungen 38 und 22 direkt in den Wärmetauscher 19 der Sorptionseinheit 2, wodurch das Sorbens aufgeheizt wird. Dies ermöglicht die Desorption von am Sorbens 4 gebundenem Sorbat. Die Temperatur des Kühlwassers ist in diesem Falle für den Desorptionsprozess ausreichend, da das Stoffgemisch Aktivkohle/Methanol bereits bei Temperaturen von 80°C eine ausreichende Desorption ermöglicht.For example, during a phase of the air conditioning process, the heating circuit in sorption unit 2 is closed by valves 25 and 26 . As a result, hot cooling water from the vehicle engine 45 passes via the lines 38 and 22 directly into the heat exchanger 19 of the sorption unit 2 , as a result of which the sorbent is heated. This enables the desorption of sorbate bound to sorbent 4 . In this case, the temperature of the cooling water is sufficient for the desorption process, since the material mixture activated carbon / methanol enables sufficient desorption even at temperatures of 80 ° C.

Durch die Adsorption des Sorbates in Sorptions einheit 3 wird Adsorptionswärme frei, die über die Wärmetauscher 20 abgeführt wird. Zur Abführung der Wärme wird der im Sorbens 5 angeordnete Wärmetauscher 20 fluidisch durch das Umschalten der Regelventile 27 und 28 über die Leitungen 23, 24, 39 und 41 an den Zusatzkühler 46 angekoppelt und gekühlt. Der Zusatz kühler ist an der Front des Fahrzeuges untergebracht und wird durch Umgebungsluft gekühlt.The adsorption of sorbate in the sorption unit 3 releases heat of adsorption, which is dissipated via the heat exchanger 20 . To remove the heat, the heat exchanger 20 arranged in the sorbent 5 is fluidly coupled to the additional cooler 46 and cooled by switching the control valves 27 and 28 via the lines 23 , 24 , 39 and 41 . The additional cooler is located at the front of the vehicle and is cooled by ambient air.

In dieser Phase des Betriebs der Klimatisierungs anlage gelangt das aus der Sorptionseinheit 2 desorbierte Sorbtiv über die Dampfleitungen 9a, 9b und die geöffnete Dampfsperre 14 in den Kondensator 7, wo es verflüssigt wird. Die Verflüssigungswärme wird hierbei von einem Wärmeträgerfluid aufgenommen, das über die Rohrleitungen 43 und 44 ebenfalls mit dem Zusatzkühler 46 verbunden ist.In this phase of the operation of the air conditioning system, the sorbent desorbed from the sorption unit 2 passes via the steam lines 9 a, 9 b and the opened vapor barrier 14 into the condenser 7 , where it is liquefied. The heat of liquefaction is absorbed by a heat transfer fluid, which is also connected to the additional cooler 46 via the pipes 43 and 44 .

Das Kondensat kühlt sich schließlich im Vorrats behälter 6 auf Umgebungstemperatur ab, wird über das Entspannungsventil 18 dem Verdampfer 8 zur Verdampfung und Kälteerzeugung zugeführt und von dort in die sich im entladenen bzw. teilentladenen Zustand befindliche Sorptionseinheit 3 geleitet.The condensate finally cools down in the storage container 6 to ambient temperature, is supplied via the expansion valve 18 to the evaporator 8 for evaporation and refrigeration and from there to the sorption unit 3 which is in the discharged or partially discharged state.

Die im Verdampfer 8 zur Verdampfung notwendige Verdampfungsenthalpie wird dem Fahrzeuginnenraum 48 entnommen, der dadurch gekühlt wird.The enthalpy of vaporization required in the evaporator 8 for evaporation is taken from the vehicle interior 48 , which is cooled thereby.

Die Dampfsperren 15 bzw. 16 sind in dieser Phase geschlossen, so daß einerseits kein flüssiges Sorbat in die adsorbierende Sorptionseinheit 3 fließt, und andererseits kein dampfförmiges Sorbtiv aus dem Verdampfer in die Sorptionseinheit 2 resorbiert wird.The vapor barriers 15 and 16 are closed in this phase, so that on the one hand no liquid sorbate flows into the adsorbing sorption unit 3 and on the other hand no vaporous sorbent from the evaporator is absorbed into the sorption unit 2 .

Nach Beendigung der Desorptionsphase in Sorptions einheit 2 bzw. der Adsorptionsphase in Sorptionseinheit 3 werden die Ventile 25 bis 28 und 14 bis 17 umgeschaltet, so daß die Entladephase in Sorptionseinheit 3 und die Beladungsphase in Sorptionseinheit 2 begonnen werden kann.After completion of the desorption phase in sorption unit 2 or the adsorption phase in sorption unit 3 , the valves 25 to 28 and 14 to 17 are switched so that the discharge phase in sorption unit 3 and the loading phase in sorption unit 2 can be started.

In diesem Fall sind die Dampfsperren 14 und 17 geschlossen, während die Dampfsperren 15 und 16 geöffnet werden. Der Sorptionseinheit 3 wird nun über die Leitungen 37 und 24 heißes Kühlwasser vom Fahrzeugmotor 45 zugeleitet, das die für die Desorption erforderliche Wärme im Wärmetauscher 20 bereitstellt. Das Kühlwasser wird über die Leitungen 23 und 35 in den Motorkühler 34 und von dort zurück in den Fahrzeugmotor geleitet. Im Falle der Sorptionseinheit 2 wird dem Wärmetauscher 19 über die Leitungen 40 und 22 Kühl wasser vom Zusatzkühler 46 zugeführt, das nach Aufnahme der Adsorptionswärme über die Leitungen 21 und 42 in den Zusatzkühler rückgeführt wird.In this case, the vapor barriers 14 and 17 are closed, while the vapor barriers 15 and 16 are opened. Hot cooling water from the vehicle engine 45 , which provides the heat required for the desorption in the heat exchanger 20 , is now fed to the sorption unit 3 via the lines 37 and 24 . The cooling water is fed via lines 23 and 35 into the engine cooler 34 and from there back into the vehicle engine. In the case of the sorption unit 2 , the heat exchanger 19 is supplied via the lines 40 and 22 cooling water from the additional cooler 46 , which is recirculated via lines 21 and 42 into the additional cooler after absorption of the heat of adsorption.

Auch in dieser Phase wird von der Sorptionseinheit 3 desorbiertes Sorbat im Kondensator 7 verflüssigt und über den Vorratsbehälter 6 wiederum dem Verdampfer zur Verdampfung und Kälteerzeugung zugeführt. Durch die periodische Wiederholung von Adsorption und Desorption in den Sorptionseinheiten 2 und 3 kann eine kontinuierliche Kälteerzeugung realisiert werden.In this phase too, sorbate desorbed by the sorption unit 3 is liquefied in the condenser 7 and, in turn, supplied to the evaporator for evaporation and refrigeration via the storage container 6 . The periodic repetition of adsorption and desorption in the sorption units 2 and 3 enables continuous refrigeration to be achieved.

Durch Regelung der Förderleistung mit dem Entspannungsventil 18 in Verbindung mit einer Regelung der Wärmeauskopplung aus dem adsorbierenden Sorbens 4 bzw. 5 kann dabei sehr feinfühlig die Adsorptionsrate an Sorbatdampf und dadurch die Heiz- bzw. Kühlleistung gesteuert werden.By regulating the delivery rate with the expansion valve 18 in conjunction with regulating the heat extraction from the adsorbing sorbent 4 or 5 , the adsorption rate of sorbate vapor and thereby the heating or cooling output can be controlled very sensitively.

Diese Anlage, die als Sorbens Aktivkohle und als Kältemittel Methanol beinhaltet, kann somit ohne zusätzliche elektrische Beheizung in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Durch die Nutzung des im Kraftfahrzeug bereits vorhandenen Kühlwasserkreislauf systems läßt sich in vorteilhafter Weise der Gesamt wirkungsgrad des Fahrzeuges verbessern. Die Einbindung einer derartigen Klimatisierungsanlage in das Kraft fahrzeug erfordert keine aufwendigen konstruktiven Maßnahmen.This plant, which is called activated carbon sorbent and Refrigerant contains methanol, can therefore without additional electrical heating in a motor vehicle be used. By using the im Motor vehicle already existing cooling water circuit systems can be advantageously the total improve vehicle efficiency. The integration such an air conditioning system in force vehicle does not require complex design Activities.

Claims

1. Method for air conditioning vehicles with an adsorption refrigeration system,
in which liquid refrigerant is evaporated in order to extract the required heat from a liquid or gaseous medium for cooling,
the evaporated refrigerant is fed to a sorbent for adsorption,
the sorbent loaded with the refrigerant is heated to desorb the refrigerant,
and the refrigerant is then liquefied to be available for re-evaporation,
characterized by
that methanol is used as the refrigerant and activated carbon as the sorbent.

2. The method according to claim 1, characterized, that the heat required for desorption Waste heat from the vehicle engine is obtained.

3. The method according to claim 2, characterized, that the heat required for desorption Cooling water circuit of the vehicle is removed.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized, that the heat given off during adsorption Engine compartment of the vehicle, air-cooled additional cooler is supplied.

5. Adsorption refrigeration system for air conditioning vehicles
at least one sorption unit ( 2 , 3 ) with a sorbent ( 4 , 5 ),
a storage container ( 6 ) with a refrigerant ( 33 ) connected to it via a lockable line system ( 9-13 ),
a condenser ( 7 ) and an evaporator ( 8 ) for the refrigerant,
a first heat exchanger ( 19 , 20 ) in the sorption unit ( 2 , 3 ) and
a second heat exchanger on the evaporator ( 8 )
characterized,
that the sorption unit ( 2 , 3 ) contain activated carbon as sorbent ( 4 , 5 ) and the storage container ( 6 ) methanol as refrigerant ( 33 ).

6. Adsorption refrigeration system according to claim 5, characterized in that the sorbent ( 4 , 5 ) is present as a fine-grained bed in the sorption unit ( 2 , 3 ) and by metal gauze ( 30 ) directly on a surface ( 31 ) of the first heat exchanger ( 19 , 20th ) is fixed.

7. Adsorption refrigeration system according to claim 5 or 6, characterized in that two of the sorption units ( 2 , 3 ) are provided which are connected via switchable shut-off devices ( 14-17 ) in such a way to the line system ( 9-13 ) that one at the same time Unit ( 2 , 3 ) can go through a desorption phase and the other unit ( 3 , 2 ) through an adsorption phase.

8. Adsorption refrigeration system according to one of claims 5 to 7, characterized in that the first heat exchanger ( 19 , 20 ) has connections to the cooling water circuit ( 35-42 , 47 ) of the motor vehicle.

9. Adsorption refrigeration system according to one of claims 5 to 8, characterized in that an air-cooled additional cooler ( 46 ) is provided, to which the heat released during adsorption is dissipated.