Die Erfindung betrifft ein Heiz- und/oder Kühlsystem, umfassend eine Dampfkraftmaschine und eine Adsorptionskältemaschine und die Verwendung des Systems zur Bereitstellung von Wärme, Kälte, Strom, oder Kombinationen hiervon.

Der klassische Verbrennungsmotor hat im Laufe seiner Entwicklung einen großen Reifegrad erreicht. Er wird voraussichtlich noch lange die dominante Antriebstechnologie darstellen, auch wenn zukünftige Entwicklungen mehr und mehr der Nachhaltigkeit von Ressourcenquellen bei Konstruktion und Brennstoffen Rechnung tra- gen müssen. Eine Konkurrenz erwächst dem Verbrennungsmotor im Konzept des Elektrofahrzeuges, das im Prinzip genauso alt, jedoch mit vollständig unterschiedlichen Vor- und Nachteilen versehen ist. Einem hoch effizienten, und technisch ausgereiften Antriebsmotor mit wesentlichen Vorteilen im citytypischen Nahverkehr steht ein bis heute nicht befriedigend gelöstes Problem bezüglich Energiespeiche- rung entgegen.

In Antriebseinrichtungen von Fahrzeugen, insbesondere auch den Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, entsteht während des Betriebs eine nicht vernachlässigbare Menge an Abwärme. Diese wird über eine Antriebskühleinrichtung unter Erwärmung eines Kühlmittels, meist Wasser, abgeführt und/oder äußert sich in hei- ßen Abgasen, die über eine entsprechende Abgasausstoßeinrichtung abgeführt werden.

Bei einem PKW mit konventionellem Antrieb wird Wärmeenergie über das Kühlwasser aus der Motorabwärme entnommen, doch bei modernen Verbrennungsmotoren, vor allem bei Dieselmotoren, reicht die abgegebene Wärmeleistung oft nicht mehr aus, um bei großen Temperaturdifferenzen (z.B. 8°C außen, 22°C innen gewünscht) den Innenraum schnell aufzuheizen, bevor die fehlende Wärme zur Beeinträchtigung des Fahrers führt. Die mittlere erforderliche Heizleistung aktueller Fahrzeuge z. B. der Golf-Klasse liegt bei 3,5 kW, die auch heute schon teilweise durch elektrische Zuheizer erzeugt wird. Dieses Vorgehen ist für Fahrzeuge mit Verbrennungs- motor sehr praktikabel, weil der Systemumfang gering ist und die Wärme direkt an der zu heizenden Stelle erzeugt werden kann. Die Heizelemente zeichnen sich aber, bei Berücksichtigung der Wirkungsgradkette zur Wandlung des Brennstoffs in elektrische Energie, durch einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad aus. Die benötigte elektrische Energie wird hierbei über den Generator vom Verbrennungsmotor bereit gestellt, was ebenfalls die Abwärmemenge erhöht und insgesamt zu einem zufriedenstellenden Aufheizverhalten führt.

Der Elektromotor stellt eine emissionsarme Alternative zu dem konventionellen Fahrzeugantrieb dar. Nicht zuletzt durch die Initiative der Bundesregierung, bis zum Jahr 2020 bis zu einer Million Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen rollen zu lassen, nimmt die Zahl der rein elektrisch angetriebenen Fahrzeuge stetig zu. Auch scheint die Batterietechnologie, in der Vergangenheit häufig als beschränkender Faktor für die Elektromobilität angeführt, mittlerweile einen Reifegrad erreicht zu haben, der zumindest im innerstädtischen Verkehr eine akzeptable Reichweite verspricht. Dadurch wird die rein elektrische Fortbewegung für einen immer größer werdenden Personenkreis zu einer echten Alternative zum Fahrzeug mit Verbren- nungsmotor. Durch die fortschreitende Angleichung von verbrennungsmotorisch und elektrisch angetriebenen Fahrzeugen richtet sich der Fokus nun auch auf Funktionen abseits der Antriebs- und Speichertechnologie, die beim Verbrennungsmotor als selbstverständlich gelten.

Auch das Beheizen des Innenraums respektive das Kühlen ist weit mehr als nur eine Komfortfunktion, sondern stellt nach Aussage verschiedener Studien einen wesentlichen Aspekt der aktiven Sicherheit dar. Um den Beharrungszustand bei 8°C Außen- und 22°C Innenraumtemperatur beizubehalten genügt eine Heizleistung von 0,5...0,7 kW im Umluftbetrieb.

Bei Fahrzeugen mit rein elektrischem Antrieb, dessen Motor einen deutlich höheren Wirkungsgrad aufweist, fällt die Abwärme noch geringer aus. Sind es bei gefahrenen 100 km/h noch ca. 4 kW Abwärmeleistung, fallen bei konstanten 50 km/h gerade noch 0,4...0,5 kW Wärmeleistung an, die prinzipiell als Wärmequelle zu Verfügung stehen. Das bedeutet, dass im innerstädtischen Verkehr, der voraussichtlich die Hauptanwendung für Elektrofahrzeuge darstellen wird, noch nicht einmal die Wärmeleistung für den Beharrungszustand durch die Abwärme des Motors abgedeckt werden kann. Elektrische Heizelemente müssten hierbei deutlich größer dimensioniert werden (bis 12 kW Heizleitung), was nur schwer bis gar nicht zu reali- sieren ist. Die zusätzliche Entnahme von elektrischer Energie aus der Traktionsbatterie reduziert die Reichweite von Elektrofahrzeugen erheblich (bis zu 40%).

Heizsysteme, bei denen die Wärme durch die Verbrennung von Brennstoffen freigesetzt wird, haben potentiell einen höheren Wirkungsgrad bei der Wärmeerzeugung, erfordern aber einen größeren Aufwand bei der Wärmeverteilung. Zum einen müssen die hohen Temperaturen des Übertragungsmediums nach der Verbrennung z.B. durch Mischen auf erträgliche Temperaturen gesenkt werden, und zum anderen verwenden am Markt verfügbare Systeme, wie z.B. handelsübliche Standheizungen, häufig fossile oder andere kohlenstoffhaltige Brennstoffe. Das wird in Bezug auf Elektrofahrzeuge mit dem sonst emissionsfreien Antrieb nicht nur als Makel angesehen, sondern führt in bestimmten Gesetzesräumen wie z.B. Kalifornien dazu, dass solche Fahrzeuge nicht mehr als„Zero Emission Vehicle" (ZEV) eingestuft werden.

Analog dazu stellt sich das Problem der Kühlung / Klimatisierung des Fahrzeugin- nenraums dar. Der Klimakompressor wird bei konventionellen PKW vom Verbrennungsmotor angetrieben und trägt so zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch bei. Im Teillastbetrieb führt die zusätzlich entnommene Leistung aber zu einer Erhöhung des Motorwirkungsgrades, so dass der zusätzliche Kraftstoffverbrauch kleiner ausfällt als die Antriebsenergie zunimmt. Im Elektrofahrzeug mit einem zwangsläufig elektrisch angetriebenen Klimakompressor reduziert die entnommene Energie dagegen deutlich die Reichweite (bis zu 30%).

Außerdem wird es nach derzeitigem Stand erforderlich sein, die Traktionsbatterie beim Laden und im Betrieb innerhalb eines schmalen Temperaturfensters zu kondi- tionieren, was das Vorhandensein einer dynamisch adaptierbaren Wärmequelle und -senke erforderlich macht. Für die aktuelle Generation von Lithium-Ionen Batterien liegt der zulässige Temperaturbereich für einzelne Zellen zwischen 10°C und 40°C. Unterhalb von 10°C steigt der Innenwiderstand deutlich an, so dass weniger Energie entnommen und vor allem weniger gespeichert werden kann. Oberhalb einer Zelltemperatur von 40°C nehmen die Alterungsprozesse der Zellchemie exponen- tiell zu und führen zu einem irreversiblen vorzeitigen Kapazitätsverlust. Für die Konditionierung einer ganzen Batterie bestehend aus vielen Einzelzellen muss der verzögerten bzw. gedämmten Wärmeübertragung von innen nach außen Rechnung getragen werden. Optimal wäre daher ein Temperaturbereich von 20°C bis 25°C im Betrieb bzw. beim Laden. Aus dem relativ engen Temperaturfenster folgt, dass die Batterie bei hohen Außentemperaturen auch im Stand gekühlt oder belüftet werden muss, um den Alterungsprozess nicht zu beschleunigen. Außerdem sollten besonders tiefe Temperaturen im Stand ebenfalls vermieden werden, um die Startfähigkeit des Fahrzeugs zu gewährleisten.

Dass ein Elektrofahrzeug ohne eine Heizung einer breiten Masse zugänglich gemacht wird, ist aus den eingangs angeführten Gründen ausgeschlossen. Somit wird also abzuwägen sein, ob die Bereitstellung von Heizenergie die Fahrleistungen, insbesondere die Reichweite beeinträchtigen oder aber das Fahrzeug den Status „Zero Emission Vehicle" verlieren soll. Zudem gilt zu überlegen, ob bei den derzeitigen Lithium-Ionen-Batteriepreisen von 1000€/kWh (angestrebt 300€/kWh bis 2020), die Batterie ein ökonomisch sinnvoller Energiespeicher zur Versorgung der Fahrzeugklimatisierung ist.

Derzeit sind nur wenige vollständig alltagstaugliche, batterie-elektrische Fahrzeuge auf dem Markt frei verfügbar (z.B. Tesla-Roadster). Die aus großen Feldversuchen bekannten Vertreter„Mini-E" und„Smart-BEV" (Battery-electric-vehicle) stellen lediglich Adaptionen existierender Fahrzeuge mit konventionellem Antrieb dar. Somit kann die dort eingesetzte Technik, Luftkühlung für die Batterie, Luft-Wasser- Wärmetauscher mit elektrischem Gebläse für den Elektromotor, elektrisch angetrie- bener Klimakompressor und Widerstand-Heizelemente für die Innenraumluft, nicht als repräsentativ für die kommende Generation von ausschließlich als BEV entwickelten Fahrzeugen gelten. Aber der Blick zur artverwandten Gattung der Hybridfahrzeuge, von denen es bereits deutlich mehr Modelle über einen längeren Zeitraum gibt, verrät, dass von der aufgezählten Technik zwar verschiedene Varianten ausgeführt sind, aber kaum alternative Konzepte verfolgt werden. Auch bei den Fahrzeugen mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb findet sich die Monokultur der Widerstandsheizer und Zusatzlüfter, die durch die ursprüngliche Verwendung in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor extrem kostengünstig produziert werden können, so dass letztendlich doch die Aussage erlaubt sein muss, dass dies die zu er- wartende Vorgehensweise bei den zukünftigen BEV sein wird. In den vergangenen zwei Jahren gab es lediglich zwei nennenswerte Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Heizung, Kühlung und Klimatisierung von Fahrzeugen mit alternativem Antrieb, bei denen unter anderem auch die Verwendung von Adsorptionskältemaschi- nen diskutiert wurde. Im Bereich der Nutzfahrzeuge für den Fernverkehr haben sich ein paar Systeme mit Eis- oder Kaltwasserspeichern etabliert. Diese sind allerdings nur für eine Standklimatisierung der Fahrerkabine ausgelegt und müsse während der Fahrt über einen konventionellen Klimakompressor„beladen" werden. Im Stand der Technik sind Kältemaschinen beschrieben, die im Allgemeinen der Beheizung und/oder der Kühlung von Gebäuden dienen. Kältemaschinen realisieren thermodynamische Kreisprozesse, bei denen beispielsweise Wärme unterhalb der Umgebungstemperatur aufgenommen und bei einer höheren Temperatur abgegeben wird. Die thermodynamischen Kreisprozesse ähneln denen einer Wärmepum- pe. Im Stand der Technik bekannte Kältemaschinen sind z. B. Adsorptionskälteanlagen, Diffusions- Absorptionskältemaschinen, Adsorptionskälteanlagen beziehungsweise Feststoffsorptionswärmepumpen sowie Kompressionskälteanlagen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen sind in der Regel sehr groß, was einerseits an der installierten Kälteleistung und andererseits an der Ausführung des ad- oder absorbierenden Materials liegt.

Technische Kälteerzeugung basiert in der Regel auf der Verdampfung eines Kältemittels (Analogie: Verdunstungskälte). Konventionelle elektrische Kompressionskältemaschinen erreichen dies mittels einer Verdichtung (Druckerhöhung) und Entspannung (Druckabsenkung) des Kältemittels durch einen mechanischen Kompres- sionsvorgang. Bei Adsorptionskältemaschinen (AdKM) spricht man dagegen von einer thermischen Verdichtung. Dies geschieht im Falle der Adsorption mittels Trocknung (Desorption) eines Adsorptionsmaterials durch Wärmezufuhr. Ist das Adsorptionsmaterial getrocknet und wieder abgekühlt, beginnt es das Kältemittel aufzusaugen (Adsorption). Dadurch kommt es zu einer Druckabsenkung und somit zur Verdampfung des Kältemittels analog zur Kompressionskältemaschine.

Die im Stand der Technik offenbarte Adsorptionskältemaschine besteht aus einer Ad-/Desorber-Einheit, einem Verdampfer, einem Kondensator und/oder einer kombinierten Verdampfer/Kondensator-Einheit, die in einem gemeinsamen Behälter oder in getrennten Behältern untergebracht sind, welche dann mit Rohren o. ä. für die Kältemittelströmung miteinander verbunden sind. Der Vorteil der Sorptionmaschinen gegenüber konventioneller Wärmepumpentechnik liegt darin, dass der Ablauf der Adsorption/Desorption allein durch die Temperierung des Sorptionsmittels erfolgt. Somit kann der Behälter der Adsorptionsmaschine hermetisch und gasdicht abgeschlossen sein.

Im Prozess der Adsorptionsmaschine muss die Adsorptionswärme und die Kondensationswärme aus der Anlage abgeführt werden. Dies geschieht in der Regel über ein strömendes Wärmeträgermedium, das diese Wärme zu einer Wärmesenke transportiert, z.B. zu einem Rückkühlwerk, welches die Wärme an die Umgebungsluft abgibt. Wird jedoch die Adsorptionswärme und/oder die Kondensationswärme nicht bzw. schlecht abgeführt, würden die Temperaturen und damit die Drücke innerhalb der Adsorptionsmaschine steigen und der Adsorptionsprozess käme zum Erliegen. Somit kann der Wirkungsgrad einer Adsorptionsmaschine durch eine verbesserte Wärmeübertragung erheblich erhöht werden, was zwangsläufig auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage verbessert.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System bereitzustellen, das nicht die Nachteile oder Mängel der im Stand der Technik beschriebenen Systeme aufweist.

Gelöst wird die Aufgabe durch den unabhängigen Anspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung betrifft ein Heiz- und/oder Kühlsystem, umfassend eine Dampfkraftmaschine und eine Adsorptionskältemaschine, wobei die Dampfkraftmaschine min- destens a eine Wärmequelle, b einen Expander c. einen Dampferzeuger und/oder d eine Pumpe und die Adsorptionskältemaschine mindestens a. eine Adsorber/Desorber-Einheit, b. einen Verdampfer und einen Kondensator oder c. eine Verdampfer/Kondensator-Einheit umfasst, wobei der Expander dem an einen Abgaspfad der Wärmequelle angeschlossenen Dampferzeuger nachgeschaltet ist und die Adsorptionskältemaschine hinter dem Expander angeordnet ist und Abwärme des Expanders, vorteilhafterwei- se über die Adsorber/Desorber-Einheit insbesondere die Kondensator-

Adsorber/Desorber-Einheit abgreift, wobei die Adsorptionskältemaschine an einen Heiz- und/oder Kühlkreislauf angeschlossen ist. Das System kann überraschenderweise als System zur Bereitstellung von Wärme, Kälte oder Strom angesehen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Heiz- und/oder Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend eine Dampfkraftmaschine und eine Adsorptionskältemaschine, wobei die Dampfkraftmaschine mindestens a. eine Wärmequelle, b. einen Expander c. einen Dampferzeuger und/oder d. eine Pumpe und die Adsorptionskältemaschine mindestens a. eine Adsorber/Desorber-Einheit, b. einen Verdampfer und einen Kondensator oder c. eine Verdampfer/Kondensator-Einheit umfasst, wobei der Expander dem an einen Abgaspfad der Wärmequelle angeschlossenen Dampferzeuger nachgeschaltet ist und die Adsorptionskältemaschine hinter dem Expander angeordnet ist und Abwärme des Expanders vorteilhafterweise über die Adsorber/Desorber-Einheit insbesondere die Kondensator- Adsorber/Desorber-Einheit abgreift, wobei die Adsorptionskältemaschine an einen Heiz- und/oder Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges angeschlossen ist. Es war völlig überraschend, dass ein Heiz- und/oder Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt werden, dass nicht die Nachteile oder Mängel des Stands der Technik auf- weist. Es wird ein universell einsetzbares System offenbart, dass die Abwärme einer Wärmequelle, die beispielsweise ein Brenner oder ein Verbrennungsmotor sein kann, für eine Dampfkraftmaschine und eine Adsorptionskältemaschine verwendet und Wärme, Kälte oder Strom bereitstellt. Im Sinne der Erfindung bezeichnet eine Wärmequelle insbesondere eine, thermische Energie erzeugende Quelle, wobei die thermische Energie auch als Abfallprodukt anfallen kann. Durch das System ist eine Reduzierung der Anlagengröße bei gleichzeitiger Wirkungsgradsteigerung möglich. Vorteilhafterweise ist die Kondensationswärme des Dampfkraftprozesses die Antriebswärme für den Desorptionsprozess der Adsorptionsmaschine. In einer bevor- zugten Ausführungsform weist die Dampfkraftmaschine einen Kondensator auf.

Das System ist insbesondere in der Lage, beispielsweise aus der Energie nachwachsender Rohstoffe, wie Biogas, Bio-Ethanol, u. ä., bevorzugt Wärme, Kälte, Strom, oder Kombinationen davon zu erzeugen. Dazu versorgt ein einfacher Brenner einen Dampfkreis, der in einer bevorzugten Ausführungsform mittels eines klei- nen Expanders einen Generator betreibt. Gekoppelt wird die Dampfkraftmaschine über den Kondensator, der vorteilhafterweise eine Baueinheit mit der Adsorber- /Desorber-Einheit ist, mit einer Adsorptionsanlage, die ihrerseits bei Bedarf Kälte- und/oder Wärmeleistung für die Klimatisierung des Fahrgastraums und/oder zur thermischen Konditionierung der Batterie erzeugen kann. Die Dampfkraftmaschine kann in einer bevorzugten Ausführungsform einen Kondensator aufweisen. Darüber hinaus kann von dem System vorteilhafterweise Kälte- oder Wärmeenergie nahezu verlustfrei gespeichert werden (z. B. für eine Standklimatisierung oder Standbeheizung).

Ein Kraftfahrzeug bezeichnet im Sinne der Erfindung insbesondere maschinell an- getriebene Fahrzeuge, die vorteilhafterweise ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellen-Fahrzeuge, Verbrennungsmotor- Fahrzeuge oder schienengebundene Fahrzeuge. Die Größe und Leistung des Systems kann vorteilhafterweise in Abhängigkeit von dem Kraftfahrzeug variiert werden. Somit können auch Systeme zur Verfügung gestellt werden, die Ein- oder Mehrper- sonenfahrzeuge mit Wärme und/oder Kälte versorgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Dampfdruckmaschine einen Brenner, einen Dampferzeuger und eine Expansionsmaschine (Expander) und bevorzugt einen Kondensator. Es kann bevorzugt sein, eine Pumpe zu integrieren. Das Arbeitsmedium wird in Richtung Dampferzeuger gefördert, wobei sich der stationäre Dampfzustand zwischen Dampferzeuger und Expander als Funktion der Gleichgewichtsbedingung zwischen Massenstrom und Wärmezufuhr einerseits und dem„Schluckvolumenstrom" des Expanders auf der anderen Seite einstellt. Prakti- kable Freiheitsgrade zur Regelung dieses Vorgangs bestehen im variablen Förderstrom der Pumpe und im variablen Schluckvolumen des Expanders, beide üblicherweise einstellbar über die jeweilige Drehzahl. Damit sind Temperatur und Druck nach Dampferzeuger aktiv regelbar und können somit auf die momentan priorisierte Anwendung optimal eingestellt werden (elektrische Leistung, Heiz- oder Klimaleis- tung).

Ein Brenner ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Vorrichtung zur Umwandlung von chemischer Energie in thermische Energie. Im Sinne der Erfindung kann auch ein konventioneller Verbrennungsmotor als Brenner bezeichnet werden. Es wird ein gasförmiger (z. B. Propan, Butan oder Erdgas) oder flüssiger (z. B. Benzin, Dieselkraftstoff, Heizöl, Kerosin oder Petroleum) Brennstoff mit (Luft-) Sauerstoff in einer kontinuierlichen Reaktion unter Wärmeabgabe verbrannt. Die heißen Abgase werden durch einen Auslass in einen Wärmetauscher des Dampferzeugers geleitet, wo die thermische Energie zur Dampferzeugung genutzt wird. Der Brenner ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Porenbrenner oder Oberflächen- strahlungsbrenner. Der Brenner kann aus Siliziumcarbidfasern mit extrem geringem Schadstoffausstoß bestehen, wodurch die Umweltbelastung durch Abgase bei dem bevorzugten System maßgeblich reduziert ist.

Der Dampferzeuger ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein Wärmeüberträger, bevorzugt ein Rohrschlaufen-Wärmeüberträger mit Kreuz-Gegenstrom- Charakteristik oder ein Platten-Wärmeüberträger. Hierdurch ist eine einfache und platzsparende Konstruktion realisierbar. Der Dampferzeuger ist ein Wärmetauscher, der vorzugsweise einem Abgas eines Brenners ausgesetzt wird. Dadurch wird die im Abgas enthaltene Wärmeenergie auf ein Arbeitsmittel, beispielsweise Wasser übertragen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dampfkraftmaschine mit einem organischen Fluid betrieben. Als Arbeitsfluid oder Arbeitsmittel kann ein organisches Fluid in einer Dampfkraftmaschine eingesetzt werden. Dabei ist das Fluid verdampfbar und kondensierbar, eine organische Verbindung oder ein Gemisch organischer Verbindungen und weist zumindest Methanol, Ethanol, N-Propanol, Iso- Propanol, Dimethylether, Ethylmethylether, Diethylether oder ein Alkan auf. Zumindest eine der organischen Verbindungen oder ein Verbindungsgemisch, das zumindest Ethanol enthält, führt eingesetzt in einer Dampfkraftmaschine dazu, dass die Dampfkraftmaschine einen höheren Wirkungsgrad hat, als mit Wasser als Ar- beitsfluid. Außerdem kann so ein Einfrieren bei Frost verhindert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform stammt die Antriebswärme des Dampferzeugers aus einem Brenner. So kann beispielsweise die Antriebswärme aus einem Brenner stammen, der aus einer separaten Gasflasche, mit ggf. nachwachsenden Rohstoffen oder einem Brennstofftank versorgt wird. Die Antriebswärme kann aber auch aus dem Kühlwasser, Abwärme, thermischer Masse des Motorblocks des Kraftfahrzeuges oder Abgasen stammen.

Der aus dem Dampferzeuger austretende, heiße und komprimierte Dampf kann dann einem Expander zugeführt werden. In dem Expander wird der Dampf auf ein niedrigeres Druckniveau unter Arbeitsleistung entspannt. Der Expander, der im Sin- ne der Erfindung auch als Expansionsmaschine bezeichnet werden kann, kann vorteilhafterweise eine Axialkolbenmaschine, bevorzugt ein Schrägscheiben- Axialexpander beispielsweise mit Einlass-Schiebersteuerung und Auslassschlitzen sein. Die geleistete Arbeit kann vorteilhafterweise als Hilfsantrieb, über einen Generator, der bevorzugt mit dem Expander verbunden ist, für elektrische Energie oder auf andere nützliche Weise genutzt werden.

Das Arbeitsmittel wird aus dem Expander einer Adsorptionskältemaschine zugeführt, wobei die thermische Energie der Kondensation des Arbeitsmittels (Kondensationswärme) als Antriebsenergie für den Desorptionsprozess des Kältemittels verwendet wird. Das heißt, das Arbeitsmittel wird der Adsorber-/Desorber-Einheit insbesondere der Kondensator-Adsorber/Desorber-Einheit zugeführt, wo es kondensiert. Für die Kondensation kann der Wärmetauscher der Adsorber-/Desorber- Einheit, der Kondensator-/Adsorber-/Desorber-Einheit oder ein sonstiger in der Adsorptionskältemaschine vorliegender Kondensator oder Wärmetauscher verwendet werden. Für eine kontinuierliche Kälteerzeugung kann es bevorzugt sein, zwei Ad- sorber alternierend zu betreiben, wobei sich De- und Adsorptionsphasen abwechseln. Zunächst wird ein Adsorber unter Wärmezufuhr desorbiert (z. B. bei 90°C). Das zuvor adsorbierte Wasser tritt aus und kondensiert unter Wärmeabgabe.

Gleichzeitig adsorbiert der andere Adsorber und sorgt für den Verdampfungsvor- gang im Verdampfer. Dies ermöglicht eine Wärmeaufnahme bei einem gewünschten niedrigen Temperaturniveau (z. B. 10°C zur Kälteerzeugung). Es ist bevorzugt, dass in der Adsorptionskältemaschine als Kältemittel Wasser verwendet wird. Hierdurch kann eine ökologisch unbedenkliche Kältemaschine bereitgestellt werden. Beim Kältemittel Wasser laufen Adsorption/Desorption im Unterdruck ab (0 mbar- 200 mbar oder höher). Es ist bevorzugt, dass die Adsorptionskältemaschine als Vakuumbehälter ausgeführt ist. Ferner wird die Adsorptionskältemaschine vorzugsweise bei drei Temperaturniveaus betrieben wird (z. B. 90°, 40°, 10°). Dieses Tempera- turtripel bestimmt die Leistungsfähigkeit der Adsorptionskältemaschine. Auf dem mittleren Temperaturniveau muss Wärme -wie bei konventionellen Kältemaschinen- an die Umgebung abgegeben werden.

Die in einer Adsorptionsmaschine stattfindende Adsorption beschreibt einen physikalischen Prozess, bei dem sich ein gasförmiges Kältemittel (insbesondere Wasser) an einen Feststoff anlagert, wobei bei der Anlagerung Energie von dem Kältemittel auf den Feststoff übertragen wird. Die Desorption des Kältemittels, das heißt das Lösen des Kältemittels von dem Feststoff, benötigt wiederum Energie. In einer Adsorptionskältemaschine wird das Kältemittel, welches bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt, so gewählt, dass mit der Ad- beziehungsweise Desorption eine Ag- gregatzustandsänderung einhergeht. Als Adsorptionsmittel sind Stoffe bevorzugt, die feinporös sind und demzufolge eine sehr große innere Oberfläche besitzen. Vorteilhafte Materialien sind Aktivkohle, Aluminiumoxid, Aluminiumphosphate, Silika- Aluminiumphosphate, Metall-Silika-Aluminiumphosphate, Mesostruktur Silikate, Metall-organische Gerüste und/oder mikroporöses Material, umfassend mikroporöse Polymere. Es können jedoch auch sonstige Materialien verwendet werden, die eine adsorbierende Eigenschaft haben. Bevorzugte Adsorptionsmaterialien sind Silikage- le oder Zeolithe, welche aufgrund ihrer großen inneren Oberfläche die Eigenschaft haben, Wasser extrem gut aufzusaugen. Beide Materialen werden häufig als Trocknungsmittel (Verpackungsbeilagen, Doppelverglasung) aber auch in der (petro- chemischen) Industrie als Katalysatorträger oder Molsiebe großtechnisch eingesetzt.

Vorteilhafterweise weist die Adsorptionskältemaschine einen Kälte- und/oder Wärmespeicher auf. Hierdurch ist es möglich, die durch die Adsorptionsmaschine gene- rierte Wärme und/oder Kälte zu speichern und bei Bedarf zu benutzen. Hierbei sind Ad-/Desorber und Verdampfer/Kondensator in verbundenen getrennten Behältern untergebracht, wobei in einer Verbindung der Behälter ein Ventil sitzt. Das desor- bierte Adsorbens "saugt" dann die am Ventil eingestellte Kältemittelmenge bis zur Sättigung an und entzieht damit dem Verdampfer die Verdampfungswärme. In dieser Form liegt ein Kältespeicher vor, der wiederaufladbar ist, indem das Sorptionsmittel bei Bedarf desorbiert wird.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, eine Pumpe mit der Dampfkraftmaschine und/oder der Adsorptionskältemaschine zu verbinden. Es werden bevorzugt Ver- stellpumpen zur Förderung der Flüssigkeit oder des Gases verwendet, da bei diesen das zu verdrängende Verdrängungsvolumen eingestellt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine drehzahlregelbare Kolbenpumpe eingesetzt werden.

Bezüglich der Betriebsweise ist es bevorzugt, dass das System Wärme, Strom und/oder Kälte geführt ist. Dies bedeutet beispielsweise für den wärmegeführten Fall, dass das System bzw. die Leistung des Systems nach dem Wärmebedarf gesteuert wird. Bei einem stromgeführten System richtet sich die Leistungsabgabe nach dem Strombedarf. Bei einer kältegeführten Betriebsweise richtet sich der Betrieb nach der benötigten Kälteleistung

Das System kann vorzugsweise zur Bereitstellung von Wärme, Kälte, Strom, oder Kombinationen hiervon verwendet werden und kann in Elektrofahrzeuge und/oder konventionelle Fahrzeuge integriert werden. Aus einem Brennstoff kann wahlweise Wärme, Kälte, Strom, oder Kombinationen davon erzeugt werden. Dazu versorgt ein einfacher Brenner einen Dampfkreis, der bevorzugt mittels eines kleinen Expanders einen Generator betreibt. Gekoppelt wird diese Dampfkraftmaschine mit einer Adsorptionsmaschine, insbesondere einer Adsorptionskältemaschine, die ihrerseits bei Bedarf Kälteleistung für die Klimatisierung des Fahrgastraums und/oder zur thermischen Konditionierung der Batterie erzeugen kann (Kühlung oder Heizung einer in dem Kraftfahrzeug vorliegenden Batterie). Das System kann vorteilhafterweise auch zur Motorvorwärmung verwendet werden. Darüber hinaus bietet die Adsorptionstechnik das Potential Kälte- oder Wärmeenergie nahezu verlustfrei zu speichern (Standklimatisierung und Standbeheizung). Das System, insbesondere die Adsorptionskältemaschine kann auch als Wärmepumpe verwendet werden, bei der Wärme mit einer niedrigen Temperatur aufgenommen wird und diese auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur (z. B. Heizung des Fahrgastraums) übertragen wird.

Das System weist zahlreiche Vorteile für konventionelle Fahrzeuge auf, umfassend: - Elektrische/mechanische Energie und Klimatisierung eines Fahrzeuges mit Hilfe der Abgaswärme

Entfall der konventionellen Klimaanlage

Schnelles Aufheizen des Motors / Fahrzeuges

Pull down über integrierten Sorptionsspeicher - Sehr geräuscharm

Kältemittel: Wasser; GWP = 0

Möglicher Bauraum: Reserveradmulde

Komponenten können im Fahrzeug verteilt werden

Nebenaggregate können elektrifiziert werden (Package) Außerdem sind folgende Vorteile des Systems für Elektrofahrzeuge zu nennen:

Ladestrom für E-Fahrzeuge

Standkonditionierung

Schleichfahrt in Notsituationen möglich

Konditionierung / Klimatisierung der Batterie / des E-Fahrzeuges

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Figuren beispielhaft beschrieben, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein; es zeigt:

Fig. 1 Bevorzugtes Heiz- und/oder Kühlsystem mit Abgaswärmenutzung Fig. 2 Bevorzugtes Heiz- und/oder Kühlsystem mit eigenem Brenner

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Heiz- und/oder Kühlsystem mit Abgaswärmenutzung. Die Verbindungen (Linien mit Pfeilen) zwischen den einzelnen Elementen symbolisieren physische Verbindungen, wie z. B. Rohre. Aus dem Abgasstrom einer Wär- mequelle, beispielsweise einem Verbrennungsmotor wird der Dampferzeuger mit Energie versorgt. Der Motor kann beispielweise Bestandteil eines Kraftfahrzeuges oder einer stationären Einrichtung sein. Der im Dampferzeuger bereitgestellte Dampf wird in einem Expander entspannt und es wird mechanische Leistung erzeugt. Die nachfolgende Kondensation kann entweder in einem Kondensator oder wie in der Zeichnung dargestellt direkt in der Adsorptionsmaschine erfolgen. Hier wird die Kondensationswärme als Antriebswärme für den Desorptionsprozess verwendet. Nach der Kondensation des Dampfkraft-Arbeitsmittels wird dieses Medium über einen Tank mittels einer Pumpe dem Dampferzeuger erneut zugeführt. Die Adsorptionsmaschine kann ihre Abwärme über einen Kühler an die Umgebungsluft abgeben oder die Abwärme zur Motor(vor)wärmung in den Motorkühlkreis einkop- peln.

Fig. 2 stellt ein bevorzugtes Heiz- und/oder Kühlsystem mit eigenem Brenner dar. Abgase aus einem Brenner, z. B. einem Heizkraftwerk oder einem Kraftfahrzeug werden über eine Verbindung, beispielsweise ein Rohrsystem in einem Dampfer- zeuger geleitet, der die thermische Energie zur Erzeugung von Dampf nutzt. Der Dampf wird nachfolgend in einem Expander entspannt, wodurch mechanische Leistung erzeugt werden kann. Die Kondensation des dampfförmigen Arbeitsmittels kann entweder in einem separaten Kondensator der Dampfkraftmaschine durchgeführt werden, oder zur Desorption des Kältemittels in der Adsorptionskältemaschine verwendet werden. Hier wird die Kondensationswärme als Antriebswärme für den Desorptionsprozess verwendet. Nach der Kondensation des Dampfkraft- Arbeitsmittels wird dieses Medium über einen Tank mittels einer Pumpe dem Dampferzeuger erneut zugeführt. Die Adsorptionsmaschine kann ihre Abwärme über einen Kühler an die Umgebungsluft abgeben oder die Abwärme zur Mo- tor(vor)wärmung in den Motorkühlkreis einkoppeln.