DE102015010003B4 - Adsorptionskälteanlage zur Klimatisierung eines Fahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben derselben - Google Patents

Adsorptionskälteanlage zur Klimatisierung eines Fahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben derselben Download PDF

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Abstract

Adsorptionskälteanlage zur Klimatisierung eines Fahrzeugs, umfassend einen Kältemittelkreislauf (1) mit- wenigstens zwei Sorptionseinheiten mit jeweils einem Sorbens,- einen mit den Sorptionseinheiten verbindbaren Kondensator/Gaskühler (4),- einen mit den Sorptionseinheiten verbindbaren Verdampfer (3), dem ein Expansionsorgan (5) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass- der Kältemittelkreislauf (1) vier parallel geschaltete Sorptionseinheiten (SE1, SE2, SE3, SE4) aufweist, die jeweils mittels eines Absperrventils (2.11, 2.12, 2.21, 2.22, 2.31, 2.32, 2.41, 2.42) entweder mit dem Verdampfer (3) oder dem Kondensator/Gaskühler (4) verbindbar sind,- die Sorptionseinheiten (SE1, SE2, SE3, SE4) eingerichtet sind, jeweils sukzessiv eine Adsorptionsphase (Ph1), eine Desorptionsphase (Ph2), eine Entladungsphase (Ph3) und eine Kühlphase (Ph4) zu durchlaufen und die Absperrventile (2.11, 2.12, 2.21, 2.22, 2.31, 2.32, 2.41, 2.42) derart steuerbar sind, dass die Sorptionseinheiten (SE1, SE2, SE3, SE4) zeitversetzt die genannten Phasen (Ph1, Ph2, Ph3, Ph4) durchlaufen, und- das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs (1) Kohlendioxid (CO) ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Adsorptionskälteanlage zur Klimatisierung eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Adsorptionskälteanlage.
  • Klimaanlagen für Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, die einen von einem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf aufweisen. In dem Kältemittelkreislauf sind ein Verdichter zum Verdichten des Kältemittels, ein Kondensator zum Kühlen des verdichteten Kältemittels, ein Expansionsorgan und ein Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels angeordnet, wobei das Expansionsorgan zum Entspannen des verdichteten Kältemittels in den Verdampfer dient und sich dadurch stark abkühlt. Eine solche Klimaanlage dient insbesondere dazu, Luft, die der Fahrzeugkabine zugeführt wird, zu temperieren, insbesondere zu kühlen. Durch die mittels des Verdampfers bewirkte Verdampfung des Kältemittels kann das Kältemittel Wärme aus der den Verdampfer umströmenden Luft aufnehmen, wodurch die Luft gekühlt wird.
  • Als Kältemittel kommt Kohlendioxid (CO2) zum Einsatz, wobei in diesem Fall der Kondensator als Gaskühler arbeitet.
  • Zum Betreiben solcher CO2-Klimaanlagen werden Kältemittelverdichter als Kompressoren eingesetzt, die entweder vom Fahrmotor des Fahrzeugs oder einem Elektroantrieb angetrieben werden müssen, also den Einsatz von Fremdenergie erforderlich machen.
  • Bei einer Adsorptionskälteanlage mit einem Sorptionssystem wird der Kompressor durch einen sogenannten thermischen Verdichter ersetzt, bei dem bei niedrigem Verdampferdruck das Kältemittel adsorbiert wird, um anschließend durch eine Desorption das Kältemittel dem Kondensator bei einem höheren Kondensatordruck zuzuführen. Die Desorption erfolgt durch Wärmezufuhr in das Sorbens, während bei der Adsorption Wärme freigesetzt wird.
  • Als Kältemittel für bekannte Adsorptionskälteanlagen wird bspw. Wasser oder Methanol verwendet. Als Adsorber/Desorber-Material wird bekannterweise ein Material verwendet, das aus einer Gruppe, bestehend aus Aktivkohle, Aluminiumoxid, Aluminiumphosphat, Silika-Aluminiumphosphat, Metall-Silika-Aluminiumphosphat, Mesostruktur-Silikat, einem metallorganischen Gerüst, einem mikroporösen Material, einem Silikagel oder einem Zeolith ausgewählt wird. Diese Materialien haben aufgrund ihrer großen inneren Oberfläche die Eigenschaft, das Kältemittel, insbesondere Wasser oder Methanol, sehr gut aufzusaugen. Da der Sorptionsprozess bei diesen Materialien an Feststoffen stattfindet, müssen wenigstens zwei Sorptionssysteme periodisch mit einem Kältemittel beladen und entladen bzw. regeneriert werden.
  • Eine gattungsbildende Adsorptionskälteanlage zur Klimatisierung von Fahrzeugen ist aus der DE 199 27 879 A1 bekannt. Diese bekannte Adsorptionskälteanlage umfasst zwei Sorptionseinheiten mit Speicherbehältern zur Aufnahme von Aktivkohle als Sorbens. Ferner umfasst diese Adsorptionskälteanlage einen Vorratsbehälter mit flüssigem Methanol als Sorbat, einen Kondensator, einen Verdampfer, ein Expansionsventil sowie einem Leitungssystem zur Verbindung dieser Komponenten, wobei die Verbindungen zwischen den Sorptionseinheiten und dem Kondensator oder dem Verdampfer mittels Absperrventilen getrennt werden können. Die Sorptionseinheiten umfassen auch Wärmetauscher, die einerseits der Zuführung der für die Desorption erforderlichen Wärme und andererseits der Abführung der bei der Adsorption entstehenden Wärme dienen.
  • Beim Betrieb dieser bekannten Adsorptionskälteanlage werden die beiden Sorptionseinheiten wechselweise in Adsorption oder Desorption betrieben. Zur Aufladung einer Sorptionseinheit wird Kühlwasser aus einem Motorraum durch zu dem Wärmetauscher der jeweiligen Sorptionseinheit gefördert, um die dort entstehende Adsorptionswärme abzuführen. Bei der Entladung einer Sorptionseinheit wird Kühlwasser des Fahrzeugmotors durch den Wärmetauscher der jeweiligen Sorptionseinheit geführt, um die zur Desorption erforderliche Wärme als Motorwärme bereitzustellen.
  • Im Betrieb dieser bekannten Adsorptionskälteanlage wird das in der ersten Sorptionseinheit desorbierte Sorbat in den Kondensator geleitet, wo es verflüssigt wird. Das Kondensat kühlt sich im nachfolgenden Vorratsbehälter auf Umgebungstemperatur ab und wird anschließend dem Verdampfer zur Verdampfung und Kälteerzeugung zugeführt und von dort in die zweite Sorptionseinheit, die sich im entladenen Zustand befindet, geleitet. Die im Verdampfer zur Verdampfung erforderliche Verdampfungswärme wird dem Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs entnommen, der dadurch gekühlt wird. Nach Beendigung sowohl der Desorptionsphase in der ersten Sorptionseinheit als auch der Adsorptionsphase in der zweiten Sorptionseinheit wird die Adsorptionskälteanlage derart angesteuert, dass nunmehr die Entladephase in der zweiten Sorptionseinheit und die Beladungsphase in der ersten Sorptionseinheit eingeleitet werden kann.
  • Diese bekannte Adsorptionskälteanlage gemäß der DE 199 27 879 A1 wird mit Aktivkohle als Sorbens und Methanol als Kältemittel betrieben.
  • Eine weitere gattungsbildende Adsorptionskälteanlage ist aus der US 2013/0025272 A1 bekannt, bei welcher ebenso zwei Sorptionseinheiten wechselweise in Adsorption oder Desorption betrieben werden. Zur Aufladung einer Sorptionseinheit wird ungenutzte Wärme, bspw. aus petrochemischen Anlagen eingesetzt.
  • Die DE 36 38 706 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung von Wärme und Kälte durch einen thermodynamischen Zyklus mit einer externen Wärmequelle und wenigstens einer ersten und einer zweiten Gruppe, die mit verschiedenen Feststoffadsorptionsmittel/Kältefluid-Stoffpaaren betrieben werden und die jeweils wenigstens zwei Reaktoren aufweisen, in denen dasselbe feste Adsorptionsmittel enthalten ist. Ferner weist diese bekannte Vorrichtung einen Kondensator sowie einen Verdampfer auf. Die Reaktoren der ersten Gruppe werden abwechselnd an die externe Wärmequelle angekoppelt, wobei die aus der ersten Gruppe gewonnene Wärme dazu dient, abwechselnd die Reaktoren der zweiten Gruppe zu beheizen.
  • Weiterhin beschreibt die WO 2010/049147 A1 ein Adsorptionskühlsystem für ein Luftfahrzeug, welches einen Verdampfer, einen ersten Adsorber, der ein erstes Adsorptionsmedium zur Adsorption eines in dem Verdampfer verdampften Adsorptionskühlmittels enthält, und einen zweiten Adsorber, der ein zweites Adsorptionsmedium zur Adsorption des in dem Verdampfer verdampften Adsorptionskühlmittels enthält, wobei der erste und der zweite Adsorber wechselweise in einem Adsorptionsbetrieb und einem Desorptionsbetrieb betreibbar sind, so dass jeweils ein Adsorber Adsorptionskühlmittel adsorbieren und der andere Adsorber regeneriert werden kann. Ein Wärmeübertragungssystem des Adsorptionskühlsystems ist dazu eingerichtet, während einer Übergangsbetriebsphase, während der ein Adsorber vom Adsorptionsbetrieb in den Desorptionsbetrieb überführt wird und der andere Adsorber vom Desorptionsbetrieb in den Adsorptionsbetrieb überführt wird, mittels eines Wärmeübertragungsfluids Wärmeenergie von dem vom Desorptionsbetrieb in den Adsorptionsbetrieb überführten Adsorber auf den vom Adsorptionsbetrieb in den Desorptionsbetrieb überführten Adsorber zu übertragen.
  • Gemäß der EP 0 061 888 A2 wird eine Resorptionswärmepumpe mit zwei Lösungskreisläufen und einem Feststoffspeicher verwendet, die als zweistufige Resorptionswärmepumpe mit einem Feststoffadsorber betreibbar ist. Diese Anlage arbeitet jedoch nur diskontinuierlich.
  • Schließlich ist aus der DE 10 2015 226 611 A1 ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug bekannt, welches mit mehreren Adsorbern, mit einem Adsorptionskreis zur Wärmeabgabe, mit einem Desorptionskreis zur Wärmeaufnahme, mit einer mehrere Ventileinheiten aufweisenden Ventilgruppe, und mit einer Steuereinheit zur Steuerung der Ventilgruppe ausgebildet ist. Eine Steuereinheit des Wärmemanagementsystems ist derart ausgebildet ist, dass jeder der Adsorber mittels der Ventileinheiten zwischen einem Desorptions- und einem Adsorptionsmodus umgeschaltet wird. Jede Ventileinheit weist mehrere Anschlüsse auf, mittels welcher die Adsorber miteinander besonders flexibel verschaltbar und bedarfsgerecht und zyklisch zwischen dem Adsorptions- und dem Desorptionsmodus umschaltbar sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es eine Adsorptionskälteanlage der eingangs genannten Art bereitzustellen, die mit Kohlendioxid (CO2) als Kältemittel betrieben werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben dieser Adsorptionskälteanlage anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Adsorptionskälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Eine solche Adsorptionskälteanlage zur Klimatisierung eines Fahrzeugs umfasst einen Kältemittelkreislauf mit wenigstens zwei Sorptionseinheiten mit jeweils einem Sorbens, einen mit den Sorptionseinheiten verbindbaren Kondensator/Gaskühler und einen mit den Sorptionseinheiten verbindbaren Verdampfer, dem ein Expansionsorgan vorgeschaltet ist. Erfindungsgemäß weist der Kältemittelkreislauf vier parallel geschaltete Sorptionseinheiten auf, die jeweils mittels eines Absperrventils entweder mit dem Verdampfer oder dem Kondensator/Gaskühler verbindbar sind, wobei die Sorptionseinheiten eingerichtet sind, jeweils sukzessiv eine Adsorptionsphase, eine Desorptionsphase, eine Entladungsphase und eine Kühlphase zu durchlaufen, die Absperrventile derart steuerbar sind, dass die Sorptionseinheiten zeitversetzt die genannten Phasen durchlaufen und das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs Kohlendioxid (CO2) ist.
  • Bei dieser erfindungsgemäßen Adsorptionskälteanlage wird die im Fahrzeug erzeugte Abwärme, bspw. die von der Brennkraftmaschine erzeugte Abwärme zur Komprimierung des Kältemittels genutzt, nämlich durch die unter Nutzung dieser Abwärme ablaufende Desorption des Adsorbens. Damit wird der in einem Kältemittelkreislauf üblicherweise verwendete mechanische Kompressor durch einen sogenannten thermischen Verdichter ersetzt, durch welchen der für den Kondensator/Gaskühler erzeugte CO2-Druck direkt durch Abwärme, bspw. der Motorwärme erzeugt wird. Außerdem besteht die vorteilhafte Möglichkeit, dass beim Start des Fahrzeugs die in der Phase der Adsorption bzw. Aufladung des Adsorbens entstehende Wärme als Wärmequelle zum Aufheizen des Motors oder der Fahrzeugkabine zur Verfügung steht.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Sorptionseinheiten ein CO2-Adsorbens aus der Stoffgruppe der Metalloxide. Dieses Metalloxid reagiert in der Adsorptionsphase mit Kohlenstoffdioxid zu Metallcarbonat, welches in der Desorptionsphase unter Zufuhr von Wärme regeneriert wird und dabei das Kohlenstoffdioxid wieder freisetzt.
  • Als Metalloxide können Magnesiumoxid (MgO), Calciumoxid (CaO), Strontiumoxid (SrO) oder Bariumoxid (BaO) eingesetzt werden.
  • Das Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Adsorptionskälteanlage für ein Fahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Sorptionseinheiten jeweils sukzessiv eine Adsorptionsphase, eine Desorptionsphase zur Kompression des Kältemittels, eine Entladungsphase und eine Kühlphase durchlaufen, wobei die Absperrventile derart gesteuert werden, dass die Sorptionseinheiten zeitversetzt die genannten Phasen durchlaufen und eine kontinuierliche Entladung von Kältemittel in den Kondensator/Gaskühler erfolgt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
    • 1 ein Schaltbild einer Adsorptionskälteanlage mit einem thermischen Verdichter zur Klimatisierung eines Fahrzeugs,
    • 2 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des thermischen Verdichters der Adsorptionskälteanlage gemäß 1,
    • 3 bis 6 Schaltbilder der Adsorptionskälteanlage nach 1 in unterschiedlichen Zuständen des thermischen Verdichters, und
    • 7 ein Temperatur-Druck-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des thermischen Verdichters der Adsorptionskälteanlage nach 1.
  • Die Adsorptionskälteanlage nach 1 kommt in Fahrzeugen zum Einsatz und umfasst einen Kältemittelkreislauf 1 mit Kohlendioxid (CO2) als Kältemittel. Dieser Kältemittelkreislauf 1 weist in Strömungsrichtung einen Verdichter, einen Kondensator/Gaskühler 4, ein Expansionsorgan 5 und einen Verdampfer 3 auf, wobei der Verdichter als thermischer Verdichter 2 ausgebildet ist. Das von dem thermischen Verdichter 2 auf Hochdruck PH verdichtete Kältemittel wird durch den Kondensator/Gaskühler 4 geleitet, wo es durch Abgabe von Wärme Q2 an die Umgebungsluft des Fahrzeugs gekühlt wird. Anschließend wird das Kältemittel von dem Expansionsorgan 5 in den Verdampfer 3 mit einem Niederdruck PN entspannt. An diesem Verdampfer 3 wird Wärme Q1 der Innenraumluft des Fahrzeugs zu dessen Kühlung entzogen und als Verdampfungswärme dem Kältemittel zugeführt. Das Kältemittel wird anschließend bei Niederdruck PN wieder dem thermischen Verdichter 2 zugeführt.
  • Der thermische Verdichter 2 besteht aus vier Sorptionseinheiten SE1, SE2, SE3 und SE4, die zueinander parallel geschaltet sind. Jeder der Sorptionseinheiten SE1 bis SE4 kann einerseits über ein Absperrventil 2.11, 2.21, 2.31, 2.41 zur Zuführung von Kältemittel mit dem Verdampfer 3 verbunden werden und andererseits über ein Absperrventil 2.12, 2.22, 2.32, 2.42 zur Zuführung von auf Hochdruck PH verdichteten Kältemittels mit dem Kondensator/Gaskühler 4 verbunden werden.
  • In den Sorptionseinheiten SE1 bis SE4 wird bei niedrigem Druck PN das Kältemittel unter Abgabe von Wärme Qab von einem Adsorbens in den Sorptionseinheiten adsorbiert, um anschließend unter Zuführung von Wärme Qzu das Adsorbens unter Freisetzung des Kohlendioxids als Adsorbat zu desorbieren, welches dem Kondensator/Gaskühler 4 bei einem höheren Kältemitteldruck PH zugeführt wird. Die Desorption erfolgt durch Wärmezufuhr in das Sorbens, während bei der Adsorption Wärme freigesetzt wird. Ein solcher Kreisprozess ist in dem Temperatur-Druck-Diagramm gemäß 7 dargestellt. Hiernach wird das Kohlendioxid als Adsorbat bei niedrigem Druck PN von dem Adsorbens absorbiert, wobei von dem Adsorbens Wärme Qab bei einer Temperatur TAbwärme erzeugt wird, die zur Kühlung des Adsorbens abgeführt werden muss. Durch die Verbindung des Kältemittels, hier Kohlendioxid mit dem Sorbtionsmaterial verschiebt sich die Dampfdruckkurve des Kältemittels. Dieser Effekt ermöglicht durch Zufuhr von Wärme Qzu bei einer Temperatur von TMotorwärme, die bspw. die Abwärme einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs ist, eine Kompression des Kältemittels. Daher wird durch Zufuhr von Wärme Qzu bei einem Hochdruck PH das Kältemittel desorbiert.
  • Als Sorbtionsmaterial wird bei dem thermischen Verdichter 2 gemäß 1 ein Metalloxid verwendet, welches in der Adsorptionsphase mit dem Kohlendioxid zu Metallcarbonat unter Erzeugung von Wärme Qab reagiert. In der Desorptionsphase wird das Metallcarbonat unter Zufuhr von Wärme regeneriert und dabei das Kohlenstoffdioxid unter Bildung von Metalloxid wieder freigesetzt. Als Metalloxide kommen Magnesiumoxid (MgO), Calciumoxid (CaO), Strontiumoxid (SrO) oder Bariumoxid (BaO) infrage.
  • Die einzelnen Phasen, nämlich eine Adsorptionsphase, eine Desorptionsphase, eine Entladungsphase und eine Kühlphase, die jede Sorptionseinheit SE1, SE2, SE3 und SE4 durchläuft, sind in dem Verfahrensdiagramm nach 2 dargestellt.
  • Gemäß 2 beginnt nach einem Start S1 die erste Phase Ph1 gemäß Verfahrensschritt S2, nämlich die Desorptionsphase zur Aufladung des Adsorbens einer Sorptionseinheit SE. Hierzu wird das Kohlendioxid bei niedrigen Druck PN aus dem Verdampfer 3 dem Adsorbens der Sorptionseinheit SE zugeführt, wobei gleichzeitig von dem Adsorbens Abwärme Qab erzeugt wird. Anschließend erfolgt gemäß Verfahrensschrittes S3 die Desorptionsphase Ph2, in welcher Wärme Qzu, die bspw. als Abwärme einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs entsteht, dem Adsorbens der Sorptionseinheit SE zugeführt und dabei das Kältemittel mit einem Hochdruck PH aus dem Adsorbens freigesetzt wird. In einem weiteren nachfolgenden Verfahrensschritt S4 (Entladungsphase Ph3) wird das Adsorbens der Sorptionseinheit SE entladen, d.h. das Kühlmittel unter Hochdruck PH dem Kondensator/Gaskühler 4 zugeführt. Im letzten Verfahrensschritt S5 folgt die Kühlphase Ph4 der Sorptionseinheit SE, in welcher durch Abfuhr von Wärme Qab das Adsorbens der Sorptionseinheit SE gekühlt wird. Nach der Phase Ph4 beginnt der Zyklus erneut mit Phase Ph1 gemäß Verfahrensschritt S2.
  • Zur Abfuhr von Wärme Qab aus dem Adsorbens der Sorptionseinheit SE sowie zur Zufuhr von Wärme Qzu in das Adsorbens der Sorptionseinheit SE weist die Sorptionseinheit SE Wärmetauscher auf. So wird mittels Wärmetauscher erster Art Wärme Qab zur Kühlung aus dem Adsorbens abgeführt und mittels Wärmetauscher zweiter Art Wärme Qzu dem Adsorbens zugeführt. Die abzuführende Wärme Qab kann entweder mittels eines Kondensators an die Fahrzeugumgebung abgegeben oder zum Heizen der Fahrzeugkabine verwendet werden. Die zur Desorption erforderliche Wärme Qzu wird von im Fahrzeug vorhandenen Wärmequellen, bspw. einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs erzeugt.
  • Die Betriebsweise des Kältemittelkreislaufes 1 wird nun anhand der 3 bis 6 erläutert.
  • Um sowohl eine kontinuierliche Förderung von Kältemittel bei Niederdruck PN aus dem Verdampfer 3 in den thermischen Verdichter 2 als auch eine kontinuierliche Förderung von Kältemittel bei Hochdruck PH aus dem thermischen Verdichter 2 in den Kondensator/Gaskühler 4 sicherzustellen, werden die Absperrventile 2.11, 2.21, 2.31, 2.41 zur Zuführung von Kältemittel in den thermischen Verdichter 2 sowie die Absperrventile 2.12, 2.22, 2.32, 2.42 zur Zuführung von Kältemittel in den Kondensator/Gaskühler 4 derart gesteuert, dass jede der Sorptionseinheiten SE1 bis SE4 sukzessive die Phasen Ph1 bis Ph4, jedoch zeitversetzt durchlaufen, wobei diese Phasen Ph1 bis Ph4 zeitlich synchronisiert, also zeitlich gleich lang dauern.
  • In den 3 bis 6 sind die geschlossenen Absperrventile mit einer Füllung, während die offenen Absperrventile ohne Füllung dargestellt sind.
  • In einem ersten Zeitpunkt befinden sich die Sorptionseinheiten SE1 bis SE4 in unterschiedlichen Phasen. Nach 3 ist das Absperrventil 2.41 geöffnet, mit der Folge dass das Kühlmittel bei Niedrigdruck PN in die Sorptionseinheit SE4 fließt und so das Adsorbens dieser Sorptionseinheit SE4 aufgeladen wird, also die Adsorptionsphase Ph1 unter Abgabe von Wärme Qab durchläuft. Das Absperrventil 2.42 ist geschlossen, so dass keine Verbindung zum Kondensator/Gaskühler 4 besteht. Gleichzeitig befindet sich das Adsorbens der Sorptionseinheit SE3 in der Entladungsphase Ph3, in welcher das Absperrventil 2.31 die Verbindung zum Verdampfer 3 sperrt, also geschlossen ist und das Absperrventil 2.32 offen ist, so dass das komprimierte Kühlmittel unter Hochdruck PH in den Kondensator/Gaskühler 4 fließt. Gleichzeitig befindet sich das Adsorbens der Sorptionseinheit SE2 in der Desorptionsphase, wobei hierzu Wärme Qzu dem Adsorbens zugeführt wird. In dieser Desorptionsphase wird das aus dem Adsorbens austretende Kältemittel auf Hochdruck PH komprimiert. Die Sorptionseinheit befindet sich in der Kühlphase Ph4, wozu Wärme Qab abgegeben und die Absperrventile 2.11 und 2.12 geschlossen sind.
  • In einem zweiten Zeitpunkt sind die jeweiligen Phasen der Sorptionseinheiten SE1 bis SE4 beendet und die Absperrventile werden gemäß 4 gesteuert, so dass jede der Sorptionseinheiten SE1 bis SE4 die nächste Phase durchläuft. So durchläuft nach 4 die Sorptionseinheit SE1 die Adsorptionsphase Ph1, wobei hierzu das Absperrventil 2.11 geöffnet und das Absperrventil 2.12 geschlossen ist. Die Sorptionseinheit SE2 durchläuft die Entladungsphase Ph3, wozu das Absperrventil 2.21 geschlossen und das Absperrventil 2.22 geöffnet ist. Die Sorptionseinheit SE3, SE4 durchläuft die Kühlphase Ph4 bzw. die Desorptionsphase Ph2, d.h. die Absperrventile 2.31, 2.41, 2.32, 2.42 sind geschlossen.
  • In einem dritten Zeitpunkt sind auch diese Phasen der Sorptionseinheiten SE1 bis SE4 beendet und die Absperrventile werden gemäß 5 gesteuert, so dass jede der Sorptionseinheiten SE1 bis SE4 die nächste Phase durchlaufen kann. So durchläuft nach 5 die Sorptionseinheit SE3 die Adsorptionsphase Ph1, wozu das Absperrventil 2.31 geöffnet und das Absperrventil 2.32 geschlossen ist. Die Sorptionseinheit SE4 durchläuft die Entladungsphase Ph3, wozu das Absperrventil 2.31 geschlossen und das Absperrventil 2.42 offen ist. Die Sorptionseinheit SE1, SE2 durchläuft die Desorptionsphase Ph2 bzw. die Kühlphase Ph4, d.h. die Absperrventile 2.11, 2.21, 2.12, 2.22 sind geschlossen.
  • In einem vierten Zeitpunkt sind wiederum diese Phasen der Sorptionseinheiten SE1 bis SE4 beendet und die Absperrventile werden gemäß 6 gesteuert, so dass jede der Sorptionseinheiten SE1 bis SE4 die nächste Phase durchlaufen kann. So durchläuft nach 6 die Sorptionseinheit SE2 die Adsorptionsphase Ph1, wozu das Absperrventil 2.21 offen und das Absperrventil 2.22 geschlossen ist. Die Sorptionseinheit SE1 durchläuft die Entladungsphase Ph3, wozu das Absperrventil 2.11 geschlossen und das Absperrventil 2.12 geöffnet ist. Die Sorptionseinheit SE3 bzw. SE4 durchläuft die Desorptionsphase Ph2 bzw. die Kühlphase Ph4, d.h. die Absperrventile 2.31, 2.41, 2.32 und 2.42 sind geschlossen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kältemittelkreislauf
    2
    thermischer Verdichter
    2.11
    Absperrventil
    2.12
    Absperrventil
    2.21
    Absperrventil
    2.22
    Absperrventil
    2.31
    Absperrventil
    2.32
    Absperrventil
    2.41
    Absperrventil
    2.42
    Absperrventil
    3
    Verdampfer
    4
    Kondensator/Gaskühler
    5
    Expansionsorgan
    SE
    Sorptionseinheit
    SE1
    Sorptionseinheit
    SE2
    Sorptionseinheit
    SE3
    Sorptionseinheit
    SE4
    Sorptionseinheit
    Ph1
    Adsorptionsphase
    Ph2
    Desorptionsphase
    PH3
    Entladungsphase
    PH4
    Kühlphase
    PH
    Hochdruck
    PN
    Niederdruck
    Qab
    abzuführende Wärme
    Qzu
    zuzuführende Wärme

Claims (3)

  1. Adsorptionskälteanlage zur Klimatisierung eines Fahrzeugs, umfassend einen Kältemittelkreislauf (1) mit - wenigstens zwei Sorptionseinheiten mit jeweils einem Sorbens, - einen mit den Sorptionseinheiten verbindbaren Kondensator/Gaskühler (4), - einen mit den Sorptionseinheiten verbindbaren Verdampfer (3), dem ein Expansionsorgan (5) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - der Kältemittelkreislauf (1) vier parallel geschaltete Sorptionseinheiten (SE1, SE2, SE3, SE4) aufweist, die jeweils mittels eines Absperrventils (2.11, 2.12, 2.21, 2.22, 2.31, 2.32, 2.41, 2.42) entweder mit dem Verdampfer (3) oder dem Kondensator/Gaskühler (4) verbindbar sind, - die Sorptionseinheiten (SE1, SE2, SE3, SE4) eingerichtet sind, jeweils sukzessiv eine Adsorptionsphase (Ph1), eine Desorptionsphase (Ph2), eine Entladungsphase (Ph3) und eine Kühlphase (Ph4) zu durchlaufen und die Absperrventile (2.11, 2.12, 2.21, 2.22, 2.31, 2.32, 2.41, 2.42) derart steuerbar sind, dass die Sorptionseinheiten (SE1, SE2, SE3, SE4) zeitversetzt die genannten Phasen (Ph1, Ph2, Ph3, Ph4) durchlaufen, und - das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs (1) Kohlendioxid (CO2) ist.
  2. Adsorptionskälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionseinheiten (SE1, SE2, SE3, SE4) ein CO2-Adsorbens aus der Stoffgruppe der Metalloxide enthalten.
  3. Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionskälteanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionseinheiten (SE1, SE2, SE3, SE4) jeweils sukzessiv eine Adsorptionsphase (Ph1), eine Desorptionsphase (Ph2) zur Kompression des Kältemittels, eine Entladungsphase (Ph3) und eine Kühlphase (Ph4) durchlaufen, wobei die Absperrventile (2.11, 2.12, 2.21, 2.22, 2.31, 2.32, 2.41, 2.42) derart gesteuert werden, dass die Sorptionseinheiten (SE1, SE2, SE3, SE4) zeitversetzt die genannten Phasen (Ph1, Ph2, Ph3, Ph4) durchlaufen und eine kontinuierliche Entladung von Kältemittel in den Kondensator/Gaskühler (4) erfolgt.
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