DE19900965A1 - Absorption air-conditioning unit has desorber, exhaust flap in exhaust pipe, and pipe before exhaust flap connected with lower region of desorber - Google Patents

Absorption air-conditioning unit has desorber, exhaust flap in exhaust pipe, and pipe before exhaust flap connected with lower region of desorber

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Abstract

An absorption air-conditioning unit comprises a desorber (1) with an upper region (2) and a lower region (6), an exhaust flap (3) located in an exhaust pipe (4), a pipe (5) located before the exhaust gas flap that is connected with the lower region of the desorber, a liquefier (11) and an evaporator (15) between which a control valve (14) is located. An absorber (19) is connected to the evaporator and a heat exchanger (24). The latter's colder side is connected via a pump (22) with the absorber and via a pipe (26) with the upper region of the desorber. Its warmer side is connected via a control valve (28) to the absorber and via a pipe (25) with the upper region of the desorber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Absorptionsklimaanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge.The invention relates to an absorption air conditioning system, in particular for motor vehicles.

Absorptionsklimaanlagen zur Kälteerzeugung sind beispielsweise aus der Lebensmittelindustrie bekannt. Beispielsweise stellt sich bei Kraftfahrzeugen das Problem, die erzeugt Energie möglichst effizient auszunutzen. Ein Teil der Energie geht jedoch in Form von Wärme des Abgases verloren. Daher sind bereits vielfältige Versuche unternommen worden, einen Teil der Abgaswärme zurückzugewinnen. Dabei wird dem Abgas über Wärmetauscher Wärme entzogen und als Heizleistung der Fahrzeugkabine oder anderen vorzuwärmenden Komponenten zugeführt. Eine andere Möglichkeit zur Rückgewinnung der Abgaswärme ist die Erzeugung von Kälte für eine Klimaanlage.Absorption air conditioners for refrigeration are for example from the Food industry known. For example, in motor vehicles the problem arises which generates energy as efficiently as possible. However, some of the energy goes into shape lost from heat of the exhaust gas. Therefore, various attempts have already been made to recover some of the exhaust heat. The exhaust gas is over Heat exchanger deprived of heat and as the heating power of the vehicle cabin or other components to be preheated. Another way to recover the Exhaust heat is the generation of cold for an air conditioning system.

Eine derartige Absorptionsanlage ist beispielsweise aus der DE 296 21 539 bekannt, mit einem mindestens zwei Stufen umfassenden Abgaswärmetauscher für das Durchleiten und Abkühlen der heißen Abgase und mit einer der Anzahl der Stufen entsprechenden Anzahl von den Abgaswärmetauscher durchströmenden wärmeaufnehmenden Medien, wobei jeder Stufe des Abgaswärmetauschers ein mindestens eine Stufe umfassender Sekundärwärmetauscher mit einer entsprechenden Anzahl von Sekundärwärmetauschmedien zugeordnet ist, um mit dem von dem letzten Sekundärwärmetauscher rücklaufenden den Abgaswärmetauscher beaufschlagenden Wärmetauschmedium eine möglichst niedrige Abgastemperatur im Bereich von 20°C zu erreichen, wobei das in der ersten Stufe des Abgaswärmetauschers erwärmte Wärmetauschmedium als Heizmittel für einen Heizmittelkreis eines Austreibers einer Absorptionsmaschine als Sekundärwärmetauscher verwendbar ist und dem Austreiber mittels einer Leitung zuführbar ist. Nachteilig an der bekannten Absorptionsklimaanlage ist, daß somit eine zusätzliche Anlage beispielsweise in Kraftfahrzeugen benötigt wird, um so die Abgaswärme sowohl für die zusätzliche Heiz- als auch Kühlleistung zu verwenden.Such an absorption system is known for example from DE 296 21 539, with an exhaust gas heat exchanger comprising at least two stages for the passage and Cooling of the hot exhaust gases and with a number corresponding to the number of stages heat-absorbing media flowing through the exhaust gas heat exchanger, each Stage of the exhaust gas heat exchanger a comprehensive at least one stage Secondary heat exchanger with a corresponding number of Secondary heat exchange media is assigned to match that of the last one Secondary heat exchanger returning acting on the exhaust gas heat exchanger Exhaust gas temperature as low as possible in the range of 20 ° C reach, which heated in the first stage of the exhaust gas heat exchanger Heat exchange medium as a heating medium for a heating medium circuit of an expeller Absorption machine can be used as a secondary heat exchanger and the expeller can be fed by means of a line. A disadvantage of the known absorption air conditioning system is that an additional system is required, for example in motor vehicles, so that Use exhaust heat for both the additional heating and cooling capacity.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Absorptionsklimaanlage zu schaffen, mittels derer bei Bedarf auch zusätzliche Heizleistung zur Verfügung stellbar ist.The invention is therefore based on the technical problem of an absorption air conditioning system create, by means of which additional heating power can be made available if required.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from the features of the claims 1 and 5. Further advantageous embodiments of the invention result from the Subclaims.

Mittels der beiden Regelventile zwischen Verflüssiger und Verdampfer bzw. Absorber und Wärmetauscher kann die Absorptionsklimaanlage zwischen Kälte- und Wärmemaschine umgeschaltet werden. Dies ermöglicht einen sehr preiswerten und kompakten Aufbau. Der Grundgedanke dabei ist, daß im Regelfall immer nur jeweils eine Betriebsart benötigt wird. Beispielsweise im Sommer wird keine Fahrzeugkabinenheizung benötigt. Da darüber hinaus die Umgebungsluft sehr warm ist, wird auch im wesentlichen keine Vorwärmung anderer Fahrzeugkomponenten benötigt und die Absorptionsklimaanlage kann zur Kaltlufterzeugung verwendet werden.Using the two control valves between the condenser and evaporator or absorber and The absorption air conditioning system between the refrigeration and heating machines can heat exchangers can be switched. This enables a very inexpensive and compact structure. The The basic idea is that usually only one operating mode is required at a time. In summer, for example, no vehicle cabin heating is required. Because beyond that the ambient air is very warm, there is essentially no preheating of others Vehicle components required and the absorption air conditioning system can be used to generate cold air be used.

Mit Hilfe des Gegendruckventils kann in gewissen Grenzen die Leistung des Austreibers durch Androsselung des Abgasstromes variiert werden. Dies ist besonders dann erforderlich, wenn bei Leerlauf oder geringer Motorbelastung die Abwärme aus dem Abgas für den Prozeßbetrieb nicht ausreicht. Durch Androsselung und Erhöhung des Abgasgegendruckes kann die Abgastemperatur und die Abgaswärmeleistung erhöht werden, was dann sowohl bei der Warm- als auch der Kaltlufterzeugung ausgenutzt werden kann.With the help of the back pressure valve, the performance of the expeller can be limited can be varied by throttling the exhaust gas flow. This is especially necessary if the waste heat from the exhaust gas for the Process operation is not sufficient. By throttling and increasing the exhaust gas back pressure the exhaust gas temperature and the exhaust gas heat output can be increased, which then both can be used for both hot and cold air generation.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Schaltungsanordnung einer Absorptionsklimaanlage.The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred exemplary embodiment explained. The single figure shows a circuit arrangement of an absorption air conditioning system.

Die Absorptionsklimaanlage umfaßt einen Austreiber 1 mit einem oberen Bereich 2 und einem unteren Bereich 6, ein Abgasrohr 4 mit einer Abgasklappe 3, ein Rohr 5, das vor der Abgasklappe 3 angeordnet ist und das Abgasrohr 4 mit dem unteren Bereich 6 des Austreibers 1 verbindet. Ausgangsseitig ist der untere Bereich 6 des Austreibers 1 über ein Gegendruckregelventil 7 über ein Rohr 8 mit dem Abgasrohr 4 verbunden. Am oberen Bereich 2 des Austreibers 1 ist ein Dampfsammeldom 9 angeordnet, der mittels einer Leitung 10 mit einem Verflüssiger 11 verbunden ist. Der Verflüssiger 11 ist über eine Leitung 13 mit einem Regelventil 14 verbunden, das über eine Leitung 16 mit einem Verdampfer 15 verbunden ist. Der Verdampfer 15 ist über eine Leitung 18 mit einem Absorber 19 verbunden. Der Absorber 19 ist über eine Leitung 21 mit einer Pumpe 22 verbunden, die über eine Leitung 23 mit der kälteren Seite eines Wärmetauschers 24 verbunden ist. Die wärmere Seite des Wärmetauschers 24 ist über eine Leitung 27 mit einem Regelventil 28 verbunden, das über eine Leitung 29 mit dem Absorber 19 verbunden ist. Die wärmere Seite des Wärmetauschers 24 ist darüber hinaus mittels einer Leitung 25 und die kältere Seite des Wärmetauschers 24 mittels einer Leitung 26 mit dem oberen Bereich 2 des Austreibers 1 verbunden.The absorption air conditioning system comprises an expeller 1 with an upper region 2 and a lower region 6 , an exhaust pipe 4 with an exhaust flap 3 , a pipe 5 which is arranged in front of the exhaust flap 3 and connects the exhaust pipe 4 to the lower region 6 of the expeller 1 . On the output side, the lower area 6 of the expeller 1 is connected to the exhaust pipe 4 via a back pressure control valve 7 via a pipe 8 . A steam collecting dome 9 is arranged on the upper area 2 of the expeller 1 and is connected to a condenser 11 by means of a line 10 . The condenser 11 is connected via a line 13 to a control valve 14 which is connected to an evaporator 15 via a line 16 . The evaporator 15 is connected to an absorber 19 via a line 18 . The absorber 19 is connected via a line 21 to a pump 22 which is connected via a line 23 to the colder side of a heat exchanger 24 . The warmer side of the heat exchanger 24 is connected via a line 27 to a control valve 28 which is connected to the absorber 19 via a line 29 . The warmer side of the heat exchanger 24 is also connected to the upper region 2 of the expeller 1 by means of a line 25 and the colder side of the heat exchanger 24 by means of a line 26 .

Der Austreiber 1, der im oberen Bereich 2 mit einer wässrigen Ammoniaklösung (NH3/Wasser) gefüllt ist, wird beim Verschließen der Abgasklappe 3 im Abgasrohr 4 über das Rohr 5 im unteren Bereich 6 vom Abgas durchströmt und heizt dabei die wäßrige NH3- Lösung im oberen Bereich 2 auf. Das Abgas verläßt entwärmt über das Abgasgegendruckregelventil 7 den Austreiber 1 und strömt über das Rohr 8 wieder in das Abgasrohr 4.The expeller 1 , which is filled with an aqueous ammonia solution (NH 3 / water) in the upper area 2 , is flown through by the exhaust gas when the exhaust flap 3 is closed in the exhaust pipe 4 via the pipe 5 in the lower area 6 and thereby heats the aqueous NH 3 - Solution in the upper area 2 . The exhaust gas leaves the expeller 1 in a heated state via the exhaust gas counterpressure control valve 7 and flows back into the exhaust pipe 4 via the pipe 8 .

Im Austreiber 1 wird durch die Abgaswärme NH3 aus der wäßrigen Lösung im oberen Bereich 2 ausgetrieben. Der NH3-Dampf strömt über den Dampfsammeldom 9 und die Leitung 10 zum Verflüssiger 11. Hier kompensiert das NH3 unter Abgabe der Verflüssigungswärme an die Kühlluft 12.In the expeller 1 NH 3 is expelled from the aqueous solution in the upper region 2 by the exhaust gas heat. The NH 3 steam flows via the steam collecting dome 9 and the line 10 to the condenser 11 . Here, the NH 3 compensates while releasing the heat of condensation to the cooling air 12 .

Das flüssige NH3 verläßt über die Leitung 13 den Verflüssiger 11 und strömt zum Regelventil 14. Hier erfolgt entsprechend der Anforderung im Verdampfer 15 eine Druckreduzierung. Das entspannte und noch weitestgehend flüssige NH3 strömt über die Leitung 16 zum Verdampfer 15. Unter Abgabe der Nutzkälte an die zu kühlende Luft 17 für die Fahrzeugkabine verdampft das NH3. Über die Leitung 18 gelangt der NH3-Dampf zum Absorber 19, in welchem er wieder mit der wäßrigen "armen" Lösung zwecks Absorption zusammenkommt. Die "arme" Lösung im Absorber 19 wird über die Kühlluft 20 gekühlt, damit sie in der Lage ist, den NH3-Dampf wieder zu absorbieren.The liquid NH 3 leaves the condenser 11 via the line 13 and flows to the control valve 14 . Here, pressure is reduced in accordance with the requirement in the evaporator 15 . The relaxed and still largely liquid NH 3 flows via line 16 to the evaporator 15 . The NH 3 evaporates while releasing the useful cold to the air 17 to be cooled for the vehicle cabin. The NH 3 vapor passes through line 18 to the absorber 19 , in which it again comes together with the aqueous "poor" solution for the purpose of absorption. The "poor" solution in the absorber 19 is cooled via the cooling air 20 so that it is able to reabsorb the NH 3 vapor.

Nach Absorption des NH3-Dampfes im Absorber 19 wird die jetzt "reiche" und "kalte" Lösung über die Leitung 21 der Pumpe 22 zugeführt, um auf das für den Prozeß erforderlichen Druckniveau angehoben zu werden. Über die Leitung 23 gelangt die Lösung in den Wärmetauscher 24. Hier wird zur Wirkungsgraderhöhung von der aus der Leitung 25 dem Wärmetauscher 24 zuströmenden "heißen armen" Lösung Wärme auf die "kalte reiche" Lösung übertragen. Die jetzt vorgewärmte reiche Lösung gelangt über das Rohr 26 in den Austreiber, wo - wie bereits beschrieben - das NH3 durch Wärmezufuhr aus dem Abgas ausgetrieben wird.After absorption of the NH 3 vapor in the absorber 19 , the now "rich" and "cold" solution is fed via line 21 to the pump 22 in order to be raised to the pressure level required for the process. The solution reaches the heat exchanger 24 via the line 23 . In order to increase the efficiency, heat is transferred from the "hot poor" solution flowing from the line 25 to the heat exchanger 24 to the "cold rich" solution. The now preheated rich solution reaches the expeller via the pipe 26 , where - as already described - the NH 3 is expelled from the exhaust gas by supplying heat.

Die nach dem Ausdampfen von NH3 jetzt arme Lösung gelangt über das Rohr 25, welches zwischen dem Wärmetauscher 24 und dem Austreiber 1, in welchen es hineinragt, angeordnet ist, in den bereits beschriebenen Wärmetauscher 24 zwecks Entwärmung. Über die Leitung 27 gelangt die arme Lösung zum Regelventil 28, wo der von der Pumpe 22 aufgebaute Prozeßdruck wieder auf den erforderlichen Absorptionsdruck reduziert wird. Über die Leitung 29 gelangt die Lösung in den Absorber 19, um nach der Anreicherung mit NH3 wieder in der bereits beschriebenen Prozeßfolge das System zu durchströmen.The now poor solution after the evaporation of NH 3 passes through the pipe 25 , which is arranged between the heat exchanger 24 and the expeller 1 , into which it projects, into the heat exchanger 24 already described for the purpose of cooling. The poor solution passes via line 27 to the control valve 28 , where the process pressure built up by the pump 22 is reduced again to the required absorption pressure. The solution reaches the absorber 19 via line 29 in order to flow through the system again after the enrichment with NH 3 in the process sequence already described.

Durch Öffnen des Regelventils 28 und Schließen des Regelventils 14 kann die Schaltung auch zur Heizleistungsunterstützung eingesetzt werden. Dabei wird die im Absorber 19 eingesetzte Kühlluft 20 für Heizzwecke dem Fahrzeug zugeführt. Der Absorber 19 wirkt als Wärmetauscher für Heizzwecke. Mit Hilfe der Pumpe 22 zirkuliert die als Wärmeträgermedium dienende Lösung zwischen dem Austreiber 1 und dem Absorber 19. NH3 wird nach wie vor im Austreiber 1 aus der Lösung ausgetrieben, wobei die Lösung immer ärmer wird. Im Verflüssiger 11 wird das NH3 kondensiert und sammelt sich dort, weil das Regelventil 14 geschlossen ist. Es kann sich für den Flüssigkeitskreislauf kein störendes Dampfpolster aufbauen.By opening the control valve 28 and closing the control valve 14 , the circuit can also be used for heating output support. The cooling air 20 used in the absorber 19 is supplied to the vehicle for heating purposes. The absorber 19 acts as a heat exchanger for heating purposes. With the help of the pump 22, the solution serving as the heat transfer medium circulates between the expeller 1 and the absorber 19 . NH 3 is still driven out of solution in expeller 1 , the solution becoming poorer and poorer. The NH 3 is condensed in the condenser 11 and collects there because the control valve 14 is closed. No disturbing vapor cushion can build up for the liquid circuit.

Mit Hilfe des Abgasgegendruckregelventils 7 kann in gewissen Grenzen die Leistung des Austreibers 1 durch Androsselung des Abgasstromers variiert werden. Dies ist besonders dann erforderlich, wenn bei Leerlauf oder geringer Motorbelastung die Abwärme aus dem Abgas für den Prozeßbetrieb nicht ausreicht. Durch Androsselung und Erhöhung des Abgasgegendruckes kann die Abgastemperatur und die Abgaswärmeleistung erhöht werden. Gleiches gilt auch für die Schaltung bei nicht ausreichender Heizleistung. With the help of the exhaust gas back pressure control valve 7 , the output of the expeller 1 can be varied within certain limits by throttling the exhaust gas flow. This is particularly necessary if the waste heat from the exhaust gas is not sufficient for process operation when the engine is idling or has a low engine load. By throttling and increasing the exhaust gas back pressure, the exhaust gas temperature and the exhaust gas heat output can be increased. The same applies to the circuit when the heating power is insufficient.

BezugszeichenlisteReference list

11

Austreiber
Expeller

22nd

oberer Bereich
upper area

33rd

Abgasklappe
Exhaust flap

44th

Abgasrohr
Exhaust pipe

55

Rohr
pipe

66

unterer Bereich
lower area

77

Gegendruckregelventil
Back pressure control valve

88th

Rohr
pipe

99

Dampfsammeldom
Steam collector dome

1010th

Leitung
management

1111

Verflüssiger
Condenser

1212th

Kühlluft
Cooling air

1313

Leitung
management

1414

Regelventil
Control valve

1515

Verdampfer
Evaporator

1616

Leitung
management

1717th

zu kühlende Luft
air to be cooled

1818th

Leitung
management

1919th

Absorber
absorber

2020th

Kühlluft I Heizluft
Cooling air I heating air

2121

Leitung
management

2222

Pumpe
pump

2323

Leitung
management

2424th

Wärmetauscher
Heat exchanger

2525th

Leitung
management

2626

Leitung
management

2727

Leitung
management

2828

Regelventil
Control valve

2929

Leitung
management

Claims (6)

1. Absorptionsklimaanlage, umfassend einen Austreiber (1) mit einem oberen Bereich (2) und einem unteren Bereich (6), einer in einem Abgasrohr (4) angeordneten Abgasklappe (3), einem vor der Abgasklappe (3) angeordneten Rohr (5), das mit dem unteren Bereich (6) des Austreibers (1) verbunden ist, der ausgangsseitig mit dem Abgasrohr (4) verbunden ist, einen Verflüssiger (11) und einen Verdampfer (15), zwischen denen ein Regelventil (14) angeordnet ist, einen mit dem Verdampfer (15) verbundenen Absorber (19) und einen Wärmetauscher (24), dessen kältere Seite über eine Pumpe (22) mit dem Absorber (19) und über ein Rohr (26) mit dem oberen Bereich (6) des Austreibers (1) verbunden ist und dessen wärmere Seite über ein Regelventil (28) mit dem Absorber (19) und über ein Rohr (25) mit dem oberen Bereich (6) des Austreibers (1) verbunden ist.1. Absorption air conditioner comprising an expeller (1) having an upper portion (2) and a lower portion (6), arranged in an exhaust pipe (4) exhaust gas flap (3), one arranged upstream of the exhaust gas flap (3) tube (5) , which is connected to the lower region ( 6 ) of the expeller ( 1 ), which is connected on the outlet side to the exhaust pipe ( 4 ), a condenser ( 11 ) and an evaporator ( 15 ), between which a control valve ( 14 ) is arranged, an absorber ( 19 ) connected to the evaporator ( 15 ) and a heat exchanger ( 24 ), the colder side of which is connected to the absorber ( 19 ) via a pump ( 22 ) and via a pipe ( 26 ) to the upper region ( 6 ) of the expeller ( 1 ) and the warmer side of which is connected to the absorber ( 19 ) via a control valve ( 28 ) and to the upper region ( 6 ) of the expeller ( 1 ) via a pipe ( 25 ). 2. Absorptionsklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelventile (14, 28) als Magnetventile ausgebildet sind.2. absorption air conditioning system according to claim 1, characterized in that the control valves ( 14 , 28 ) are designed as solenoid valves. 3. Absorptionsklimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austreiber (1) mit einer wäßrigen Ammoniaklösung gefüllt ist.3. absorption air conditioning system according to claim 1 or 2, characterized in that the expeller ( 1 ) is filled with an aqueous ammonia solution. 4. Absorptionsklimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des unteren Bereiches (6) des Antreibers (1) und dem Abgasrohr (4) ein Gegendruckventil (7) angeordnet ist.4. absorption air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that between the output of the lower region ( 6 ) of the driver ( 1 ) and the exhaust pipe ( 4 ), a back pressure valve ( 7 ) is arranged. 5. Verfahren zum Betreiben einer Absorptionsklimaanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umschaltung für Heizzwecke das Regelventil (28) geöffnet und das Regelventil (14) geschlossen wird.5. A method of operating an absorption air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve ( 28 ) is opened and the control valve ( 14 ) is closed for switching over for heating purposes. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Antriebs (1) für Kühl- oder Heizzwecke durch das Gegendruckventil (7) gesteuert wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the power of the drive ( 1 ) for cooling or heating purposes is controlled by the back pressure valve ( 7 ).
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