DE1237594B - Cooling system - Google Patents

Description

Kühlanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanlage, bei welcher einem zu kühlenden Raum eine Kühlturbine, ein von der Kühlturbine getriebenes Gebläse, ein Wärmeaustauscher und ein auf die Kühlturbine wirkender Verdichter zugeordnet sind und bei der die Entspannungskälte zur Kühlung des zu entspannenden Mittels benutzt wird.Cooling system The invention relates to a cooling system in which a room to be cooled a cooling turbine, a fan driven by the cooling turbine, a heat exchanger and a compressor acting on the cooling turbine are assigned are and where the relaxation cold to cool the agent to be relaxed is used.

Eine solche Kühlanlage kann sowohl zur Kühlung von Flugzeugkabinen als auch zur Kühlung der Aufenthaltsräume von Straßen- und Schienenfahrzeugen sowie Schiffen Anwendung finden. Wenn der zu kühlende Raum z. B. eine Flugzeugkabine ist, so ist bei stillstehendem Haupttriebwerk des Flugzeugs eine zusätzliche Leistungsquelle erforderlich, die gleichzeitig zur Speisung des Bordnetzes und zum Starten des Haupttriebwerks dienen kann. Bei den bekannten Anlagen der eingangs angegebenen Art wird die Kabinenfrischluft in einem solchen Fall zuerst komprimiert, dann mit Außenluft gekühlt und schließlich nach Expansion in einer Kühlturbine der Kabine wieder zugeführt. Dabei wird die Abluft des gekühlten Raumes ohne weitere Nutzung ihres Kälteinhalts ausgestoßen.Such a cooling system can be used both for cooling aircraft cabins as well as for cooling the lounges of road and rail vehicles as well Found in ships. If the room to be cooled z. B. is an aircraft cabin, for example, when the main engine of the aircraft is at a standstill, there is an additional source of power required, which simultaneously feeds the on-board network and starts the main engine can serve. In the known systems of the type specified at the outset, the cabin fresh air is in such a case first compressed, then cooled with outside air and finally fed back into the cabin after expansion in a cooling turbine. The Exhaust air from the cooled room is expelled without further use of its cold content.

Es sind bereits Kühlanlagen bekanntgeworden, bei denen im Prinzip die Entspannungskälte auch zur Kühlung des zu entspannenden Mittels benutzt wird. Diese bekannten Kühlanlagen sind jedoch in der Anordnung ihrer verschiedenen Bauelemente und Abschnitte sowie in den enthaltenen Bauelementen und Abschnitten selbst von einer Kühlanlage der eingangs angegebenen Art völlig verschieden. Sie eignen sich nicht zum Einsatz in der vorstehend geschilderten Weise. Es ist ferner bei Kühlanlagen bekannt, daß die durch arbeitsleistende Entspannung erzeugte Kälte nicht unmittelbar dem Nutzkühlraum zugeführt wird, sondern auf dem Weg über einen Gegenströmer. In Anordnung und Bauteilen besteht aber keine Beziehung zu der hier behandelten Erfindung.There are already cooling systems known, where in principle the relaxation cold is also used to cool the agent to be relaxed. However, these known cooling systems are in the arrangement of their various components and sections as well as in the included components and sections themselves of a cooling system of the type specified above is completely different. You are suitable not for use in the manner described above. It is also used in refrigeration systems known that the cold generated by work-performing relaxation is not immediate is fed to the useful cooling room, but on the way via a countercurrent. In However, the arrangement and components are not related to the invention dealt with here.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kühlanlage der eingangs angegebenen Art unter Verwendung einfacher Bauteile und Leitungsführungen eine Verbesserung gegenüber solchen bekannten Kühlanlagen in bezug auf ihre Wirtschaftlichkeit und ihre Leistungsfähigkeit zu ermöglichen. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Abluftleitung des zu kühlenden Raumes über die Kühlturbine, in welcher die Abluft entspannt wird, an den Primärteil des Wärmeaustauschers angeschlossen ist, der mit dem Verdichter verbunden ist, welcher das Druckgefälle in der Kühlturbine und die Druckverluste in den Zuleitungen und dem Primärteil des Wärmeaustauschers aufzubringen hat, und daß die Zuleitung zum gekühlten Raum über das durch die Kühlturbine angetriebene Gebläse und den Sekundärteil des Wärmeaustauschers geführt ist, in welchem die Zuluft in den gekühlten Raum unter die Raumtemperatur abgekühlt wird. Durch diese besondere Anordnung und Leitungsführung wird erreicht, daß die Abluft des gekühlten Raumes unter Nutzung ihres Kälteinhalts wieder Verwendung findet. Es ergibt sich daraus eine wesentliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Kühlanlage bzw. eine Verringerung des Leistungsaufwandes für die Kühlanlage.The invention is based on the object in a cooling system Type specified at the beginning using simple components and line guides an improvement over such known cooling systems in terms of their economy and to enable their performance. This is achieved according to the invention achieved that the exhaust air line of the room to be cooled via the cooling turbine, in which the exhaust air is relaxed, connected to the primary part of the heat exchanger which is connected to the compressor, which is the pressure drop in the cooling turbine and the pressure losses in the supply lines and the primary part of the heat exchanger has to apply, and that the supply line to the cooled space via the through the cooling turbine driven fan and the secondary part of the heat exchanger is guided in which the supply air in the cooled room is cooled to below room temperature. This special arrangement and routing ensures that the exhaust air of the cooled room is used again using its cold content. This results in a significant increase in the economic efficiency of the cooling system or a reduction in the power expenditure for the cooling system.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann der Verdichter entweder den Kompressorteil einer Gasturbinenanlage bilden oder durch eine fremde Leistungsquelle angetrieben werden.In a further embodiment of the invention, the compressor can either form the compressor part of a gas turbine system or by an external power source are driven.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind im Leitungsnetz der Anlage Umschaltorgane vorgesehen, um die Anlage auf verschiedene Betriebsarten umschalten zu können. Insbesondere ist dadurch eine Anpassung auf den Betriebszustand des Haupttriebwerks eines Flugzeugs möglich.According to a further embodiment of the invention are in the line network The system is provided with switching devices to switch the system to different operating modes to be able to switch. In particular, this is an adaptation to the operating state of the main engine of an aircraft is possible.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. In F i g. 1 ist die Kühlanlage schematisch dargestellt; F i g. 2 und 3 zeigen die Kühlanlage entsprechend F i g. 1 bei Boden- bzw. Flugbetrieb mit zur Umschaltung erforderlichen zusätzlichen Teilen.The subject matter of the invention is illustrated, for example, in the drawing. In Fig. 1 the cooling system is shown schematically; F i g. 2 and 3 show the Cooling system according to FIG. 1 in the case of ground or flight operations with for switching required additional parts.

Die Anlage für den zu kühlenden Raum 1 besteht nach F i g. 1 zur Hauptsache aus der Kühlturbine 2, die über die Welle 3 mit dem Gebläse 4 kraftschlüssig verbunden ist, dem aus Primärteil 6 und Sekundärteil 5 bestehenden Wärmeaustauscher 7 sowie dem Verdichter 8, wobei die einzelnen Aggregate durch ein nachfolgend noch näher beschriebenes Rohrleitungsnetz miteinander verbunden sind. Der dem Wärmeaustauscher 7 nachgeschaltete Verdichter 8 kann beispielsweise mit dem Kompressorteil einer Gasturbinenanlage identisch sein (F i g. 2 und 3). Er könnte z. B. aber auch durch eine fremde Leistungsquelle angetrieben sein.The system for the room 1 to be cooled consists according to FIG. 1 mainly consists of the cooling turbine 2, which is positively connected to the fan 4 via the shaft 3, the heat exchanger 7 consisting of the primary part 6 and secondary part 5 and the compressor 8, the individual units being connected to one another by a pipeline network, which is described in more detail below . The compressor 8 connected downstream of the heat exchanger 7 can, for example, be identical to the compressor part of a gas turbine system (FIGS. 2 and 3). He could e.g. B. but also be driven by an external power source.

Das von der Kühlturbine 2 angetriebene Gebläse 4 saugt atmosphärische Luft, beispielsweise mit einer Temperatur von 40° C über den Einlaßstutzen 9 an und drückt diese infolge Kompression auf etwa 42° C erwärmte Luft über die Leitung 10 in den Sekundärteil 5 des Wärmeaustauschers 7, wo die Frischluft auf etwa 16° C gekühlt und mittels der Leitung 11 der Kabine 1 zugeführt wird. Die überschüssige, vom Gebläse 4 entsprechend den Druckverlusten im Sekundärteil 5 des Wärmeaustauschers 7 und den Leitungen 10 und 11 etwa um 2° C erwärmte Luft steht über die Leitung 12 anderen Zwecken zur Verfügung.The fan 4 driven by the cooling turbine 2 sucks in atmospheric air, for example at a temperature of 40 ° C via the inlet port 9 and presses this air, heated to about 42 ° C as a result of compression, via the line 10 into the secondary part 5 of the heat exchanger 7, where the fresh air is cooled to about 16 ° C. and fed to the cabin 1 by means of line 11. The excess air, heated by approximately 2 ° C. by the fan 4 according to the pressure losses in the secondary part 5 of the heat exchanger 7 and the lines 10 and 11, is available for other purposes via the line 12.

Die Kabine 1 mit etwa 25° C Raumtemperatur ist über die Leitung 13 mit der Einlaßseite 14 der Kühlturbine 2 verbunden. In dieser wird die Abluft vom Raum 1 auf etwa 10° C entspannt und über die Leitung 15 dem Primärteil 6 des Wärmeaustauschers 7 zugeführt und auf 36° C erwärmt. Die Leitung 16 führt vom Primärteil 6 des Wärmeaustauschers 7 zum Verdichter 8, der die Druckgefälle der Kühlturbine 2, des Primärteiles 6 vom Wärmeaustauscher 7 und der Leitungen 13, 15, 16 und 17 zu decken hat.The cabin 1 with a room temperature of about 25 ° C. is connected to the inlet side 14 of the cooling turbine 2 via the line 13. In this, the exhaust air from room 1 is expanded to about 10 ° C and fed via line 15 to the primary part 6 of the heat exchanger 7 and heated to 36 ° C. The line 16 leads from the primary part 6 of the heat exchanger 7 to the compressor 8, which has to cover the pressure gradient of the cooling turbine 2, the primary part 6 from the heat exchanger 7 and the lines 13, 15, 16 and 17.

Im weiteren läßt sich beispielsweise bei Kombination des Verdichters 8 mit dem Kompressorteil einer Gasturbinenanlage 18 die vorliegende Erfindung gemäß F i g. 2 durch Einbau von Absperrschiebern 19, 20, von Dreiwegeschiebern 21 und 22 und von Rückschlagklappen 23, 24 und 25 auf einfache Weise bei Flugzeugen vom Bodenbetrieb (F i g. 2) mit stillstehendem Haupttriebwerk auf Flugbetrieb (F i g. 3) umschalten.Furthermore, when combining the compressor, for example 8 with the compressor part of a gas turbine system 18 according to the present invention F i g. 2 by installing gate valves 19, 20, three-way valves 21 and 22 and check valves 23, 24 and 25 in a simple manner in aircraft from Ground operations (F i g. 2) with the main engine at a standstill on flight operations (F i g. 3) toggle.

Zum Starten des Haupttriebwerkes muß gemäß F i g. 2 durch Drehen des Absperrschiebers 20 die Kühlanlage überbrückt werden, so daß die gesamte Leistung der Gasturbinenanlage 18 als Startleistung dem Haupttriebwerk zur Verfügung steht.To start the main engine, according to FIG. 2 by turning the Gate valve 20, the cooling system can be bridged, so that the entire performance the gas turbine system 18 is available as take-off power to the main engine.

Bei laufendem Haupttriebwerk wird die Kühlanlage durch Umlegen der Schieber 19, 20, 21 und 22 gemäß F i g. 3 betrieben, indem die beim Schieber 20 vom Triebwerk kommende heiße und hochgespannte Luft in den beiden Wärmeaustauschern 26 und 7 gekühlt und nach weiterer Expansion in der Kühlturbine 2 der Kabine 1 zugeführt wird, von wo sie nach Abgabe ihres Kälteinhaltes im Wärmeaustauscher 7 über den Schieber 19 ins Freie gelangt.When the main engine is running, the cooling system is switched on by moving the slides 19, 20, 21 and 22 as shown in FIG. 3 operated by the hot and high-tension air coming from the engine at the slide 20 being cooled in the two heat exchangers 26 and 7 and, after further expansion in the cooling turbine 2, fed to the cabin 1, from where it, after releasing its cold content in the heat exchanger 7 via the slide 19 got outside.

Claims (4)

Patentansprüche: 1. Kühlanlage, bei welcher einem zu kühlenden Raum eine Kühlturbine, ein von der Kühlturbine getriebenes Gebläse, ein Wärmeaustauscher und ein auf die Kühlturbine wirkender Verdichter zugeordnet sind und bei der die Entspannungskälte zur Kühlung des zu entspannenden Mittels benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluftleitung des zu kühlenden Raumes (1) über die Kühlturbine (2), in welcher die Abluft entspannt wird, an den Primärteil (6) des Wärmeaustauschers (7) angeschlossen ist, der mit dem Verdichter (8) verbunden ist, welcher das Druckgefälle in der Kühlturbine (2) und die Druckverluste in den Zuleitungen (13, 15, 17) und dem Primärteil (6) des Wärmeaustauschers (7) aufzubringen hat, und daß die Zuleitung zum gekühlten Raum (1) über das durch die Kühlturbine (2) angetriebene Gebläse (4) und den Sekundärteil (5) des Wärmeaustauschers (7) geführt ist, in welchem die Zuluft in den gekühlten Raum (1) unter die Raumtemperatur abgekühlt wird. Claims: 1. Cooling system in which a room to be cooled a cooling turbine, a fan driven by the cooling turbine, a heat exchanger and a compressor acting on the cooling turbine are assigned and in which the Relaxation cold is used to cool the agent to be relaxed, thereby characterized in that the exhaust air line of the room to be cooled (1) via the cooling turbine (2), in which the exhaust air is expanded, to the primary part (6) of the heat exchanger (7) is connected, which is connected to the compressor (8), which the pressure drop in the cooling turbine (2) and the pressure losses in the supply lines (13, 15, 17) and the primary part (6) of the heat exchanger (7) has to be applied, and that the supply line to the cooled room (1) via the fan (4) driven by the cooling turbine (2) and the secondary part (5) of the heat exchanger (7) is guided, in which the supply air in the cooled room (1) is cooled below room temperature. 2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (8) den Kompressorteil einer Gasturbinenanlage (18) bildet. 2. Cooling system according to claim 1, characterized in that the compressor (8) forms the compressor part of a gas turbine system (18) . 3. Kühlanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (8) durch eine fremde Leistungsquelle angetrieben ist. 3. Cooling system according to claims 1 and 2, characterized in that the compressor (8) by an external power source is driven. 4. Kühlanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Leitungsnetz der Anlage Umschaltorgane (19 bis 25) vorgesehen sind, um die Anlage auf verschiedene Betriebsarten umschalten zu können. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 887 500, 1061303; britische Patentschrift Nr. 798 770; USA.-Patentschriften Nr. 2 729 073, 2 952 981, 3002362. Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.4. Cooling system according to claims 1 to 3, characterized in that switching elements (19 to 25) are provided in the line network of the system in order to be able to switch the system to different operating modes. Documents considered: French Patent Nos. 887 500, 1061303; British Patent No. 798,770; U.S. Patents Nos. 2,729,073, 2,952,981, 3002362. A priority slip was interpreted when the application was published.