DE3314763C2 - Gerät zur externen Belüftung, Heizung, Kühlung und Klimatisierung von auf dem Boden befindlichen Flugzeugen o. dgl. - Google Patents

Abstract

Der externen Belüftung und Klimatisierung von auf dem Boden befindlichen Flugzeugen od. dgl. dient ein mobiles Gerät, welches eine Kühl- und eine Heizeinrichtung besitzt, durch deren Verdampfer (18) bzw. Wärmetauscher (22) die aufzubereitende Luft mittels eines Gebläses (12) geführt wird. Die Abtriebsorgane der Kühl- und Heizeinrichtungen, zu denen der Kompressor (16), der dem Kondensator (9) zugeordnete Belüfter (8) und das Gebläse (12) gehören, sind über je ein stufenlos verstellbares hydrostatisches Getriebe und ein Verteilergetriebe (2) an einen Verbrennungsmotor (1) angeschlossen. Zur Ausnutzung der kinetischen Energie des Verbrennungsmotors (1) für Heizungszwecke ist der der Luftbeheizung dienende Wärmetauscher (22) mittels eines Wegeventils (19) und über ein Druckeinstellventil (20) an eine hydrostatische Pumpe (3 oder 5) anschließbar. Das Druckeinstellventil (20) trägt dafür Sorge, daß die Pumpenleistung in Wärme umgewandelt wird, die vom hydraulischen Medium zum Wärmetauscher (22) transportiert wird. Ergänzend kann ein weiterer, der Luftbeheizung dienender Wärmetauscher (33) vorgesehen sein, der vom Kühlmittel des Verbrennungsmotors (1) und eines Abgaswärmetauschers (35) durchströmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3.

Zur externen Belüftung und Klimatisierung von auf dem Boden befindlichen Flugzeugen sind mobile Geräte bekannt, die mittels eines flexiblen Schlauches an das im Flugzeug vorhandene Luftverteiiersystem angeschlossen werden, wenn dessen bordeigene Luftaufbereitungseinrichtung nicht in Betrieb ist Die zugehörige Kühleinrichtung besteht aus einem Kompressor, einem oder mehreren luftgekühlten Kondensatoren und einem Verdampfer-Wärmeübertrager. Zur Erwärmung der Luft ist es bekannt die aufzubereitende Luft durch einen Wärmeübertrager zu führen, der vom Kühlwasser des Dieselmotors aufgeheizt wird. Die aufzubereitende Luft wird mittels eines Gebläses durch die Wärmeübertragereinheiten geführt Der Kompressor und die Geblase werden in der Regel von einem Dieselmotor angetrieben, wobei diese entweder mittels mechanischer Kupplungsorgane unmittelbar an den Dieselmotor angeschlossen sind oder der Dieselmotor einen elektrischen Generator antreibt, mit dessen Strom dem Antrieb des Kompressors und der Gebläse dienende Elektromotoren gespeist werden. Diese durch Dieselmotoren angetriebenen Belüftungs- und Klimatisierungsgeräte haben jedoch den Nachteil, daß immer nur eine Teilleistung des Dieselmotors für die Kühl- oder Heizzwecke nutzbar ist Für Heizungszwecke steht immer nur jene Abwärme des Motors und des Abgases zur Verfügung, die gerade in Abhängigkeit von der Motorleistung erzeugt wird, wobei jedoch der Motor in der Regel von der eingestellten Gebläseleistung gesteuert wird. Für viele Zwecke reicht die Heizleistung jedoch nicht aus, so daß zusätzliche teure Heizeinrichtungen erforderlich sind.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß die volle Wellenleistung des Verbrennungsmotors in Heizleistung umwandelbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß einmal dadurch gelöst, daß die Antriebsorgane der Kühl- und VIeizeinrichtungen über je ein stufenlos verstellbares hydrostatisches Getriebe mit dem Verbrennungsmotor verbunden sind und der Wärmeübertrager der Heizeinrichtung von unter hohem Druck stehender Hydraulikflüssigkeit durchströmt wird und mittels eines Drei-/Zwei-Wegeventils über ein Druckregelventil an eine der den Kühleinrichtungen zugeordnete Hydrostatischen Pumpen anschließbar ist.

Die stufenlos verstellbaren hydrostatischen Getriebe erlauben zunächst durch einfaches Verstellen ein Ein- oder Abschalten der Antriebsorgane der Kühl- und Heizeinrichtungen. Für die Luftbeheizung wird die Kühleinrichtung ausgeschaltet und eine ihrer hydrostatischen Pumpen für die Beheizung verwendet In Verbindung mit dem Druckeinstellventil wird die Pumpenleistung in Wärmeenergie umgewandelt, die von dem hydraulischen Medium aufgenommen und zum Wärmeübertrager transportiert wird, wo sie auf die durchgeblasene Luft übertragen wird. Durch Verstellung der hydrostatischen Pumpe und des Druckeinstellventils

läßt sich die Heizleistung auf einfache Weise steuern. Die vom Verbrennungsmotor gelieferte Abtriebsleistung ist in vorteilhafter Weise regelbar in Wärmeenergie zur Luftbeheizung umwandelbar, ohne auf die begrenzte Abwärme des Motors und der Motorabgase angewiesen zu sein. Der Verbrennungsmotor kann dabei in seinem wirtschaftlichsten Drehzahlbereich gefahren werden.

Die Anschlüsse der hydrostatischen Getriebe bzw. der Pumpen an die Welle des Verbrennungsmotors kön- ι ο nen mit Hilfe verschiedener Getriebe erfolgen; vorzugsweise ist der Verbrennungsmotor mit einem Verteilergetriebe versehen, welches eine zum Anschluß der verschiedenen Antriebsorgane erforderliche Anzahl von Abtriebswellen aufweist

Zweckmäßig ist es, alle Antriebsorgane, nämlich das Gebläse für die aufzubereitende Luft und den der Kühleinrichtung zugehörigen Belüfter des Kondensators und den Kompressor über je ein hydrostatisches Getriebe an das Verteilergetriebe anzuschließea Bei dieser Ausführung ist der Wärmeübertrager am günstigsten an die dem Kompressor zugehörige hydrostatische Pumpe angeschlossen. Ist der Kompressor jedoch, entsprechend einer anderen Ausführung der Erfindung über eine schaltbare Kupplung an das Verteilergetriebe angeschlossen, kann der Wärmeübertrager an die dem Belüfter des Kondensators zugehörige hydrostatische Pumpe angeschlossen sein. In Fällen, wo eine besonders große Heizleistung verlangt wird, besteht die Möglichkeit, zur Beheizung der Luft zwei Wärmeübertrager vorzusehen, von denen einer an die dem Kompressor zugehörige hydrostatische Pumpe und der andere an die dem Belüfter des Kondensators zugehörige hydrostatische Pumpe angeschlossen ist Anstelle dieses Parallelbetriebes oder in weiterer Ergänzung kann ein weiterer, der Luftbeheizung dienender Wärmeübertrager vorgesehen sein, der in an sich bekannter Weise an die Kühlmittelleitung des Verbrennungsmotors und/oder eines Abgaswärmeübertragers angeschlossen ist

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt; es zeigt

F i g. 1 ein Belüftungs- und Klimatisierungsgerät in einem Blockschaltbild und

F i g. 2 eine andere Ausführungsform mit einer schaltbaren Kompressorankupplung in einem Teil-Blockschaltbild.

Das in F i g. 1 schematisch dargestellte Gerät ist vor allem zur externen Belüftung und Klimatisierung des Fahrgastraumes von auf dem Boden befindlichen Flugzeugen bestimmt, wenn die entsprechenden bordeigenen Einrichtungen abgestellt sind. Das Gerät ist aber ebenfalls für andere Räume, z. B. in Schiffen, Lagerhäusern u. dgl. brauchbar. In der Regel ist das Gerät zwecks Mobilität als Baueinheit auf dem Fahrgestell eines Lastkraftwagens angeordnet Die mit Hilfe des Gerätes klimatisierte Luft wird durch einen flexiblen Schlauch zur bordeigenen Luftverteilungsanlage gefördert

Dem Antrieb des Gerätes dient ein Verbrennungsmotor 1, vorzugsweise ein Dieselmotor. An dessen Abtriebswelle ist ein Verteilergetriebe 2 mit drei Abtriebswellen angeschlossen. Jede Abtriebswelle ist mit einem hydrostatischen Getriebe verbunden. Ein erstes hydrostatisches Getriebe besteht aus einer stufenlos regelbaren hydrostatischen Pumpe 3, einer Leitung 6 und einem hydrostatischen Motor 7, an den ein Belüfter 8 für einen 6J Kondensator 9 angekupv>;lt ist. Der Belüfter 8 belüftet gleichzeitig den Maschinenraum, in dem die Aggregate angeordnet sind. Ein weiteres hydrostatisches Getriebe, bestehend aus einer regelbaren hydrostaiischen Pumpe 4, einer Leitung 10 und einem hydrostatischen Motor 11, treibt ein Gebläse 12 an, mit dem die aufzubereitende Luft durch einen Wärmeübertragerblock 13 gesaugt und über einen flexiblen Schlauch (nicht dargestellt) in den Fahrgastraum eines Flugzeuges oder zu einer anderen Verbraucherstelle gefördert wird. Das Gebläse 12 kann beispielsweise als Radialgebläse ausgebildet sein. Ein drittes hydrostatisches Getriebe besteht aus der regelbaren hydrostatischen Pumpe 5, einer Leitung 14 und einem hydrostatischen Motor 15, der mit dem Kompressor 16 der Kühleinrichtung verbunden ist Alle hydrostatischen Pumpen 3 bis 5 lassen sich von Null bis zu ihrer maximalen Drehzahl stufenlos einstellen und können beispielsweise Axialkolbenpumpen sein.

Die Kühleinrichtung besteht aus dein Kompressor 16, einer Leitung 17 für das Kühlmittel, einem dem Wärmeübertragunpsblock 13 zugeordneten Verdampfer 18 und dem Kondensator 9, dem der Bi!:lfter 8 zugehört Zum Kühlbetrieb wird die hydrostatische. Pumpe 5 auf die für die verlangte Kühlleistung entsprechende Umdrehung eingestellt Das Kühlmittel wird mittels des Kompressors 16 verdichtet und im Kreislauf über den Verdampfer 18 und den Kondensator 9 geführt Gleichzeitig ist die hydrostatische Pumpe 3 eingestellt, so daß der Belüfter 8 des Kondensators 9 in Betrieb ist Weiterhin wird durch die hydrostatische Pumpe 4 und den hydrostatischen Motor 11 das Gebläse 12 angetrieben, welches die Luft durch den Verdampfer 18 saugt, wobei diese, gekühlt wird.

Zur Beheizung der Luft sind in der Ausführung nach F i g. 1 zwei Heizeinrichtungen vorgesehen, einmal eine die kinetische Energie des Verbrennungsmotors 1 nutzbar machende Heizeinrichtung und ergänzend eine die Abwärme des Verbrennungsmotors und die Abgaswärme verwertende Heizeinrichtung.

Der Heizeinrichtung, welche die kinetische Energie des Verbrennungsmotors 1 nutzt, ist bei der Ausführung nach F i g. 1 die hydrostatische Pumpe 5 zugeordnet, die bei rlühlbetrieb dem Antrieb des Kompressors 16 dient und bei Heizbetrieb die kinetische Energie in Wärmeenergie umwandelt. Hierfür ist in der Leitung 6 des hydrostatischen Getriebes ein Drei-/Zwei-Wegeventil 19 angeordnet. Eine Leitung 21 führt zunächst zu einem Druckregelventil 20, vor dem ein hoher Druck von beispielsweise 250 bar aufgebaut wird. Dabei wird das hydraulische Medium stark erwärmt. Das erwärmte Medium gelangt dann über die Leitung 21 zu einem im Wärmeübertragungsblock 13 angeordneten Wärmeübertrager 22, wo die Wärme auf die aufzuheizende Luft übertragen wird. Das wieder abgekühlte flüssige Medium gelangt durch eine Leitung 23 und über ein Rückschlagventil in die Rückflußleitung des hydrostatischen Getriebes zwischen hydrostatischem Motor 15 und hydrostatischer Pumpe 5. Die Wärmeleistung !äßt sich durch Einstellung der hydrostatischen Pumpe 5 und durch Einstellung des Druckregelventils 20 steuern.

Das Gerät läßt s;ch mit einfachen Regeleinrichtungen ausrüsten, welche die Kühl- oder Heizeinrichtungen in Abhängigkeit von der Temperatur der aufbereiteten Luft zu- oder abschalten und regeln. Dijs kann beispielsweise mit Hilfe eines am Ausgang des Gebläses 12 angeordneten Temperaturfühlers 24 geschehen. Zur Einstellung der Luftrrwnge kann an der gleichen Stelle ein Drucksensor 25 angeordnet sein. Ein am Kondensator 9 angebrachter Temperaturfühler 26 liefert eine weitere Meßgröße zur Regelung der Kühlleistung und/ oder Belüftung des Maschinenraumes.

Die vorstehend beschriebenen Bauteile und Funktionen gehören zur Grundausstattung des Gerätes und ermöglichen eine Kühlung oder Beheizung der Luft, gestatten aber auch eine alleinige Belüftung mit Hilfe des Gebläses 12 bei ausgeschalteten Kühl- und Heizeinrichtungen. Wahlweise kann zur Ausnutzung der Abwärme des Verbrennungsmotors 1 und der Abgaswärme eine zusätzliche Heizeinrichtung vorgesehen werden, die den in F i g. 1 gezeigten Aufbau haben kann.

In der Kühlmittelleitung 27 des Verbrennungsmotors 1 ist ein temperaturabhängiges Drei-Wegeventil 28 angeordnet, welches in der Anfahrphase das Kühlmittel bis zum Erreichen der Betriebstemperatur in kleinem Kreislauf führt. Bei Erreichen der Betriebstemperatur schaltet das Drei-Wegeventil 28 um und leitet das Kühlmittel über ein Drei-/Zwei-Wegeventil 29 durch den üblichen, mit einem Gebläse ausgerüsteten Wärmeübertrager 30 des Motorblocks.

Der Rückfluß zum Verbrennungsmotor 1 geschieht über die Leitung 31. Zur Ausnutzung der Abwärme wird das Drei-/Zwei-Wegeventil 29 verstellt, so daß das Kühlmittel über eine Leitung 32 durch einen im Wärmeübertragerblock 13 angeordneten Wärmeübertrager 33 strömt. Um auch die Abgaswärme auszunutzen, wird das Kühlmittel, z. B. ein Wärmeöl, mittels einer Leitung 34 durch einen in die Abgasleitung 36 eingebauten Abgaswärmeübertrager 35 und dann wieder zurück durch den Wärmeübertrager 33 und über ein Rückschlagventil 40 zum Motorblock geführt. Für die Förderung des Kühlmittels ist eine von einem Motor 39 angetriebene Pumpe 38 vorgesehen. Bei ausgeschalteter Pumpe 38 läuft das Kühlmittel aus dem Abgaswärmeübertrager 35 in einen Vorratsbehälter 37.

Dem Wärmeübertragerblock 13 ist ein Filter 41 zugeordnet. Ebenso kann zur Einstellung der gewünschten Luftfeuchtigkeit e>n Befeuchtungs- oder Trocknungsapparat vorgesehen sein.

In Fig.2 ist ein Ausschnitt der Fig. 1, jedoch mit Abwandlungen, gezeigt. Die in Fig. 2 nicht gezeigten Bauteile entsprechen der Ausführung der Fig. 1. Der wesentliche Unterschied der Ausführung nach F i g. 2 besteht darin, daß der Kompressor 16 durch eine schaltbare Kupplung 42 an das Verteilergetriebe 2 angeschlossen ist. Daher ist die Heizeinrichtung der hydrostatischen Pumpe 3 zugeordnet, die bei Kühlbetrieb den Belüfter 8 antreibt. In gleicher Weise ist ein Drei-/Zwei-Wegeventil 19a und ein in der Leitung 21a angeordnetes Druckregelventil 20a vorgesehen. Die Leitung 21a führt zum Wärmeübertrager 22 (vgl. F i g. 1), an den sich die Rückleitung 23a anrchließt. Zur Umstellung von Kühlbetrieb auf Heizbetrieb wird zunächst die Kupplung 42 gelöst und danach das Drei-/Zwei-Wegeventil 19a betätigt

Bei dem Gerät lassen sich verschiedene Abwandlungen verwirklichen. So besteht die Möglichkeit eines Parallelbetriebes von zwei die kinetische Energie des Verbrennungsmotors 1 ausnutzenden Heizeinrichtungen, indem zur Beheizung der Luft zwei Wärmeübertrager 22 vorgesehen sind, von denen einer an die dem Kompressor 16 zugehörige hydrostatische Pumpe 5 und der andere an die dem Belüfter 8 zugehörige hydrostatische Pumpe 3 angeschlossen ist Reicht bei Heizbetrieb die Heizleistung der einen Heizeinrichtung nicht aus, kann die andere zugeschaltet werden. Diese Ausführung läßt sich auch mit der die Abwärme des Motors bzw. die Abgaswärme nutzenden Heizeinrichtung kombinieren. Weitere Abwandlungsmöglichkeiten bestehen für die Ankupplung des Kompressors 16 an das Verteilergetriebe 2. Statt einer schaltbaren Kupplung 42 kann in Verbindung mit einer Bremsvorrichtung eine hydrodynamische Kupplung Verwendung finden. Weiterhin können auch mehrere Kondensatoren 9 und mehrere Belüfter 8 vorgesehen sein. Schließlich sind die hydrostatischen Getriebe mit den üblichen Hilfseinrichtungen, wie Filter, Leckpumpen u. dgl., ausgerüstet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gerät zur externen Belüftung, Heizung, Kühlung und Klimatisierung von auf dem Boden befindlichen Flugzeugen, Luftschiffen sowie allen Arten von Fahrzeugen, Hallen, Gebäuden und Kühlhäusern, bestehend aus einer Kühl- und einer Heizeinrichtung, durch deren Wärmeübertrager die aufzubereitende Luft mittels eines Gebläses geführt wird, wobei der der Kühleinrichtung zugehörige Lüfter des Kondensators und der Kompressor sowie das Zuluftgebläse von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsorgane (7, 11, 15) der Kühl- und Heizeinrichtungen (8, 12, 16) über je ein stufenlos verstellbares hydrostatisches Getriebes (3,6,7 bzw. 4,10,11 bzw. 5,14,15) mit dem Verbrennungsmotor (1) verbunden sind und der Wärmeübertrager (22) der HeizeimifAtung von unter hohem Druck stehender Hydraulikflüssigkeit durchströmt wird und mittels eines Drei-/Zwei-Wegeventils (19) über ein Druckregelventil (20) an eine der den Kühleinrichtungen zugeordneten hydrostatischen Pumpen (3 oder 5) anschließbar ist

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (1) mit einem Verteilergetriebe versehen ist, an welches die hydrostatischen Getriebe (3,6,7 bzw. 4,10,11 bzw. 5,14,15) angeschlossen sind.

3. Gerät zur- externen Belüftung, Heizung, Kühlung und Klimatisierung von au/ Jem Boden befindlichen Flugzeugen, Luftschiffen sowie allen Arten von Flugzeugen Hallen, Gebauten und Kühlhäusern, bestehend aus einer Kühl- und einer Heizeinrichtung, durch deren Wärmeübertrager die aufzubereitende Luft mittels eines Gebläses geführt wird, wobei der der Kühleinrichtung zugehörige Lüfter des Kondensators und der Kompressor sowie das Zuluftgebläse von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor mit einem Verteilergetriebe (2) für die Antriebsorgane der Kühl- und Heizeinrichtungen versehen ist, wobei die Antriebsorgane des Zuluftgebläses (12) und des Lüfters (8) für den Kondensator (9) über je ein hydrostatisches Getriebe (3, 6, 7 bzw. 4, 10, 11) und der Kompressor (16) über eine schaltbare Kupplung (42) an das Verteilergetriebe (2) angeschlossen sind, und daß ferner der Wärmeübertrager (22) der Heizeinrichtung von unter hohem Druck stehender Hydraulikflüssigkeit durchströmt wird und mittels eines Drei-/Zwei-Wegeventils (19) über ein Druckregelventil (20) an die dem Lüfter (8) des Kondensators (9) zugeordnete hydrostatische Pumpe (3) anschließbar ist.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (22) der Heizeinrichtung an die dem Kompressor (16) zugehörige hydrostatische Pumpe (5) angeschlossen ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung der Luft zwei Wärmeübertrager (22) vorgesehen sind, von denen einer an die dem Kompressor (16) zugehörige hydrostatische Pumpe (5) und der andere an die dem Belüfter (18) zugehörige hydrostatische Pumpe (3) angeschlossen ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen weiteren, der Beheizung der Luft dienenden Wärmeübertrager (33), der an die Kühlwasserleitung des Verbrennungsmotors (1) und/oder eines Abgaswärmeübertragers (35) angeschlossen ist.