用于优选在机动车中冷却和/或加热媒介的方法以及吸附热和冷存储系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于优选在机动车中冷却和/或加热媒介的方法以及一种吸附热和冷存储系统。
【背景技术】
[0002]内燃机以其高的发展状况展现了车辆的理想功率-热量-耦合驱动装置。在冬季，内燃机的主要部分余热用于加热机动车的内部空间。然而，有问题的是，可用余热的不恰当的时间分布以及用于加热构件(如内燃机自身和车辆驾驶室)的热需求。在行驶开始时，冷发动机由于摩擦增加以及燃料燃烧不完全而以较低的效率工作。同时要求结冰或结雾的玻璃快速融化以满足行驶安全，并且车辆乘客期望内部空间尽可能快速的加热。因此，在行驶开始时，尤其是在冬季时，对热需求较高，而该热需求无法由内燃机如此快速地覆盖。相比之下，在行驶期间和行驶结束时，内燃机如此热，从而使得余热(主要在夏季中)必须被导出至环境以避免过热。
[0003]为了存储用于后续发动机更快预热和/或挡风玻璃更快除冰的发动机热量，基于热隔离水和潜热存储的不同系统是已知的。而且为了短期的冷存储，具有在大部分情况下基于相变材料的系统。有效的间接的增压空气冷却系统同样是已知的，该增压空气冷却系统利用冷却剂回路的热容量，以便短期地将高制冷量传递到内燃机的增压空气。然而由于通过环境空气冷却冷却剂，因此无法达到或甚至低于该温度。用于避免临界高的燃烧温度(该燃烧温度可以导致损坏发动机的爆震)的措施是与发动机技术有关的措施，然而该措施会导致相当高的效率损失以及排放增加。
[0004]文献EP I 342 893 BI公开了一种装置，通过该装置通过用于车辆空调的压缩制冷设备的附加蒸发器根据要求通过冷却回路的进一步冷却将增压空气冷却到环境温度之下。在此不利的是，制冷量通过冷却剂传递到增压空气，由此仅仅能够以较大的惯性将附加的制冷量传递到增压空气。此外，制冷量通过制冷剂压缩机的附加负载功率获取并且由此降低效能。
[0005]文献DE 10 2006 048 485 Al提出了一种蒸发器，该蒸发器直接设置在内燃机的进气系统中并且将蒸发产生的冷量直接并且低惯性地传递到接近发动机的吸入空气中。然而，在此以制冷压缩机的驱动功率为代价来满足冷却要求，并且由此损耗内燃机的机械功率。
[0006]文献DE 199 27 879 C2描述了一种带有两个吸附器的用于车辆空调的吸附冷却系统的方案，其中所述两个吸附器用作热压缩机，以便在中央冷凝器中冷凝工作介质，并且在蒸发器中膨胀之后蒸发工作介质，同时吸收热量以便冷却车辆驾驶室。这样的吸附冷却系统原则上也可以用于冷却内燃机的增压空气。对此不利的是，该方案无法用于存储冷量，以例如在按照需要的满载运行下短期额外强地冷却高度增压的内燃机的增压空气从而不达到爆震边界。
【发明内容】
[0007]本发明的对象在于，提供一种用于冷却和/或加热媒介的方法以及一种热和冷存储系统，其中有利地在机动车中利用至今未经利用的热量。
[0008]这一对象通过以下特征实现。
[0009]本发明的一个实施例涉及一种用于优选在机动车中冷却和/或加热媒介的方法，其中，所述方法采用一热管理系统，该热管理系统冷却至少一个第一热源和加热至少一个第二散热器。在此将热量和/或冷量在空间和时间上转移至散热器和/或热源，所述热量和/或冷量按照需求表示。该实施例具有的优点在于，仅仅一个热管理系统可以在机动车中用于在冷启动下预热内燃机，以解冻窗玻璃，用于更快速地加热车辆驾驶室，和/或用于转化为冷量以暂时额外地冷却增压空气，和/或用于车辆驾驶室的预空气调节。由此在同一装置中实现了从加热到冷却而且从冷却到加热的能量交换。
[0010]有利地，通过解吸附从吸附剂排出的热的气态工作介质并且在环境温度下将其冷凝和存储在流体收集器中，以使热管理系统的吸附热存储系统增压。按照需要可通过打开膨胀机构实现泄压，通过该膨胀机构工作介质可以在降低的压力下流入蒸发器中并且在其中通过从待冷却的流体中吸热来实现蒸发。吸入蒸汽被提供给吸附剂，该吸附剂可以通过物理或化学吸附将热量用于加热另外的媒介。因此，通过同一系统实现了在可自由选择的具有不同温度水平的热源与散热器之间的时间和空间上可变的热传输。
[0011]本发明通过流体收集器的使用情况进行描述。然而，在此备选地一般也可以应用流体存储装置，其中流体收集器是这种流体存储装置的一种类型。
[0012]本发明的一种改进涉及一种优选用于机动车的吸附热和冷存储系统，其具有热驱动的冷凝机组。在吸附热冷存储系统中，其中在机动车中分布内燃机的未经利用的热量，该热驱动的冷凝机组由包括固体或流体的吸附剂的吸附反应器以及与该吸附反应器连接的冷凝器组成，其中冷凝机组连接到流体收集器，该流体收集器通过可关断的膨胀阀与用于冷却流体或气态媒介的蒸发器连接，该蒸发器连接到冷凝机组。如果这种吸附热冷存储系统连接到散热器和热源，那么通过该吸附热冷存储系统可以根据需求实现例如在机动车内的热分布。在此，不仅可以加热散热器，并且也可以同时可选择地冷却热源。
[0013]有利地，至少一个用于防止工作介质蒸汽从吸附反应器回流到蒸发器中的工作介质阀连接至该吸附反应器。由此，防止工作介质蒸汽在热和/或冷存储系统的解吸附过程中流入到蒸发器中并且在其中冷凝并且由此以不期望的方式加热该蒸发器。优选地，该阀构成为止回阀、单向阀或诸如此类。
[0014]在一个实施例中，冷凝器通到流体收集器，其中在冷凝器与流体收集器之间设置冷凝阀，以防止冷凝的工作介质导回到吸附反应器中。由此确保，工作介质不仅在吸附反应器中而且在蒸发器中仅仅处于气态的物理状态，如同其中对于进行作用过程所需要的那样。
[0015]在一个变型中，吸附反应器模块式地构成，其中至少两个模块式的吸附反应器连接在蒸发器与流体收集器之间。这提供的可能在于，可以同时增压和泄压该热和冷存储系统，以便与通过流体管理系统实现准连续的热泵功能。
[0016]在一个实施例中，吸附反应器与多个备选的散热器连接。
[0017]在一种改进情况中，散热器构成为机动车的车辆驾驶室和/或供热系统，其中与冷凝机组连接的热源构成为机动车的废气热交换器。由此可以有利地偏转或存储在机动车中出现的热流和冷流。
[0018]在一个实施形式中，待由蒸发器冷却的空气可由机动车的增压空气冷却器提供并且按照需要通过该增压空气冷却器进一步冷却，以例如避免在发动机的满载阶段且在加速过程中爆震燃烧。由此，不必单独提供待由蒸发器冷却的流体，而是可以将本身存在于机动车中的空气用于热管理系统。
[0019]在一个实施例中，机动车的内燃机后置于蒸发器，该内燃机设置在由冷凝机组和散热器形成的热回路中。
[0020]其他有利的实施例通过以下【附图说明】描述。
【附图说明】
[0021]下面基于至少一个实施例参照附图进一步详细阐明本发明。其中:
[0022]图1示出了本发明的热和冷存储系统的一个实施例；
[0023]图2示出了本发明的热和冷存储系统的另一实施例；
[0024]图3示出了本发明的热和冷存储系统的吸附反应器的另一实施例；
[0025]图4示出了本发明的热和冷存储系统的另一实施例。
【具体实施方式】
[0026]图1示出了吸附热和冷存储系统I。该吸附热和冷存储系统I包括吸附反应器2，该吸附反应器包含固体或流体的吸附剂，并且冷凝器3连接至其上。有利地是，吸附反应器2和冷凝器3作为一个构件组合成为一个冷凝机组模块，但是它们也可以独立构成。冷凝器3通过冷凝阀4与流体收集器5连接。流体收集器5经由工作介质管路6连通至蒸发器7。在工作介质管路6中并在流体收集器5与蒸发器7之间设置有可关断的膨胀阀8。蒸发器7用于冷却流体。在该情况下流体是空气，该空气由设置在蒸发器附近的通风机9输送。
[0027]吸附反应器2具有工作介质阀10,该工作介质阀防止在解吸附过程中工作介质蒸汽流入到蒸发器7中并在其中冷凝。设置在冷凝器3与液体收集器之间的且构成为第二冷凝阀4的工作介质阀(该工作介质阀同样构成为止回阀)防止了已经冷凝的工作介质在吸收或吸附阶段回流至吸附反应器2中。优选地吸附反应器2和冷凝器3设置在一个共同的壳体中。
[0028]来自热的热源12或来自冷的散热器13的传热流体通过另一阀门11绕流于吸附反应器2，以便分阶段地加热吸附反应器2并且提供和冷却解吸附的热量，从而将吸附的热量传输到散热器12、13中的一个中。
[0029]热源12例如是来自内燃机的废气，其热量通过废气热交换器传输到传热流体。但是也可以考虑其他热源，例如燃料加热器。可以应用至少一个待加热的发动机构件(优选发动机组)、驾驶室空气或环境空气作为散热器13。特别是在静止的应用中具有多个另外的对象或流体，它们可以被加热到一个适当的水平，例如建筑的中央供热网。如由图1清晰可见，多个散热器可以相互平行地或者备选地由热和冷存储单元供给。
[0030]为了提高来自发动机余热的存储的冷能的可用性，如在图2中所示，例如采用三个吸附反应器21、22、23，其中每个吸附反应器21、22、23模块式地构成。在这优选三个吸附反应器2p22、23中可以解吸附其中至少一个，而至少一个第二个吸附反应器保持为接近环境温度以用于按照需求吸收工作介质蒸汽。为此所采用的流体管理技术以及为此所需的阀门机构在此不再明确地示出。该流体管理技术是现有技术中已知的。
[0031]在每个模块式的吸附反应器2p22、23中采用固体吸附剂，该固体吸附剂与流体引导结构以良好的导热方式连接。为了在该情况下排出集成的冷凝器的冷凝热，采用了一种未进一步详述的第二流体引导结构，通过该流体引导结构有利地使吸附反应器21、22、23的容器壁通过流经冷却流体而保持在冷凝温度上，其中冷凝物在容器壁上向下流动、被收集在此并且通过冷凝阀4从吸附模块2p22、23导出到流体收集器5中。
[0032]在图3中示出了一个模块式的吸附反应器(组合的吸附器/冷凝器)的有利实施例，其也被称为热驱动的冷凝机组。该模块式的吸附反应器在此由壳体14组成，该壳体构成为圆柱形。壳体14的外壁被外罩15包围,其中在外罩15与壳体14的外壁之间形成有空隙16，流体可流经该空隙16。在工作介质空间22中，一个环形通道17设置在空隙16下方，该环形通道与冷凝导出管路18连接并且向外导出，在该冷凝导出管路中