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DE19900965A1 - Absorptionsklimaanlage - Google Patents

Absorptionsklimaanlage

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Publication number
DE19900965A1
DE19900965A1 DE19900965A DE19900965A DE19900965A1 DE 19900965 A1 DE19900965 A1 DE 19900965A1 DE 19900965 A DE19900965 A DE 19900965A DE 19900965 A DE19900965 A DE 19900965A DE 19900965 A1 DE19900965 A1 DE 19900965A1
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DE
Germany
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pipe
exhaust
desorber
expeller
absorption air
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Withdrawn
Application number
DE19900965A
Other languages
English (en)
Inventor
Edgard Grundmann
Milos Picha
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
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Publication of DE19900965A1 publication Critical patent/DE19900965A1/de
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
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    • B60H1/3201—Cooling devices using absorption or adsorption
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    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine 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.

Description

Die Erfindung betrifft eine Absorptionsklimaanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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.
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.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Absorptionsklimaanlage zu schaffen, mittels derer bei Bedarf auch zusätzliche Heizleistung zur Verfügung stellbar ist.
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.
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.
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.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Schaltungsanordnung einer Absorptionsklimaanlage.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bezugszeichenliste
1
Austreiber
2
oberer Bereich
3
Abgasklappe
4
Abgasrohr
5
Rohr
6
unterer Bereich
7
Gegendruckregelventil
8
Rohr
9
Dampfsammeldom
10
Leitung
11
Verflüssiger
12
Kühlluft
13
Leitung
14
Regelventil
15
Verdampfer
16
Leitung
17
zu kühlende Luft
18
Leitung
19
Absorber
20
Kühlluft I Heizluft
21
Leitung
22
Pumpe
23
Leitung
24
Wärmetauscher
25
Leitung
26
Leitung
27
Leitung
28
Regelventil
29
Leitung

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.
2. Absorptionsklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelventile (14, 28) als Magnetventile ausgebildet sind.
3. Absorptionsklimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austreiber (1) mit einer wäßrigen Ammoniaklösung gefüllt ist.
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.
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.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Antriebs (1) für Kühl- oder Heizzwecke durch das Gegendruckventil (7) gesteuert wird.
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