DE4005698C2

DE4005698C2 - System zum Kühlen von geschlossenen, mit einem gasförmigen Medium gefüllten Räumen

Info

Publication number: DE4005698C2
Application number: DE19904005698
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Willing
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: WILLING, KLAUS, 41063 MOENCHENGLADBACH, DE
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2010-02-21
Also published as: DE4005698A1

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Kühlen von geschlossenen, mit einem gasförmigen Medium gefüllten Räumen, bestehend aus einem Kanal für die Ab- und Zufuhr des gasförmigen Mediums des Raumes, mit einem im Verlaufe des Kanals angeordneten Kühler, mit einem am Kanaleingang angeordneten Entspannungselement.

Klimaanlagen besitzen üblicherweise einen geschlossenen Kältemittelkreislauf mit einem in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels in Reihe angeordneten Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer. Als Arbeitsmittel kommen flüssige Kältemittel zum Einsatz. Das Kältemittel entzieht im Verdampfer der vorbeiströmenden Luft die Wärme und verdampft dabei. Anschließend wird vom gleichzeitig als Kreislaufpumpe dienenden Kompressor verdichtet. Die der Luft entzogene Wärme, durch die Kompression jetzt mit höherer Temperatur, wird am Kondensator an die Umgebung abgegeben. Durch die Wärmeabgabe verflüssigt sich das Arbeitsmittel und durch das nachgeschaltete Expansionsventil entspannt es auf niederen Druck und niedere Temperatur.

Es sind auch Klimaanlagen bekannt, bei denen als Arbeitsmedium Gas, insbesondere Luft eingesetzt wird. So ist aus der DE 35 33 596 A1 eine Einrichtung zur Klimatisierung von Luft in stationären oder beweglichen Räumen bekannt, bei denen die angesaugte Außenluft nach dem Verdichten zunächst in einem Wärmetauscher abgekühlt, anschließend in der Turbinenseite einer Kühlturbine entspannt und danach weiter abgekühlt sowie danach dem zu klimatisierenden Raum zugeführt wird.

Dieser Schrift ist nicht zu entnehmen, daß sowohl der Verdichter als auch das Entspannungselement steuerbar sind.

Weiterhin ist aus dieser Schrift bekannt, die Kühlturbine an dessen Kompressorseite zu belassen, in dem in ihrem Ausgang ein Rückstauelement zur Erzeugung eines Gegendruckes angeordnet ist. Eine Energierückgewinnung findet hierbei nicht statt.

Aus der DE-OS 36 27 369 ist eine Kompressions-Klimaanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der außer einem Hauptkondensator ein mit der Wasserkühlung der Brennkraftmaschine in Verbindung stehender Vorkühler sowie ein Verdampfer vorgesehen sind. Dem Kühler der Wasserkühlung ist ein Lüfter zugeordnet. Bei der insgesamt aufwendig aufgebauten und eine Fülle von Bauelementen aufweisenden Klimaanlage wird der Zuluftstrom für den Fahrgastraum über den Verdampfer geführt. Einfluß auf das Arbeitsmittel Luft wird ausschließlich durch Wärmetausch genommen.

Gleiches gilt auch für die aus der DE-OS 36 35 353 bekannten Klimaanlage, bei der zusätzlich die Möglichkeit des Aufheizens der Fahrgastraumluft gegeben ist.

Der Energieverbrauch der bekannten Klimaanlagen ist hoch, zumal keine Möglichkeit der Energierückgewinnung vorgesehen ist. Zur Bewegung der zu kühlenden Luft ist ein gesonderter Ventilator erforderlich.

In Klimaanlagen der genannten Art kommen üblicherweise Arbeitsmittel zum Einsatz, die umweltschädlich und gerade bei der Entsorgung der Anlagen problematisch sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine Kühlung geschlossener Räume unter gleichzeitiger Rückführung der frei werdenden Entspannungsenergie in das System ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Bei dem anmeldegemäßen System zum Kühlen von geschlossenen, mit einem gasförmigen Medium gefüllten Räumen, insbesondere von Fahrgasträumen bei Kraftfahrzeugen, oder Innenräumen von Gehäusen elektronischer Anlagen, wird unmittelbar Einfluß genommen auf das Medium Gas, in den meisten Fällen wird dies Luft sein. Ohne einen gesonderten Kühl- oder Heizungskreislauf zu benötigen, wird das sich in dem zu klimatisierenden Raum befindliche Gas aus dem Raum abgesaugt und verdichtet. Aufgrund seines einfachen Aufbaus bietet sich ein Rotationsverdichter an. Bei der Verdichtung steigen der Druck und die Temperatur des Gases an. Das Gas bzw. die Luft bei einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug wird im verdichteten Zustand durch einen Kühler geführt. Bei einem Kraftfahrzeug kann dabei der für die Motorkühlung vorhandene Kühler genutzt werden.

Bei dem geringen Kühlbedarf der erfinderischen Klimaanlage reicht ein baulich kleiner Kühler. Dies bietet den Vorteil, einen kompletten kompakten Einbausatz einschließlich Kühler an einer beliebigen Stelle in beispielsweise einem Kraftfahrzeug, einem Wohnraum o. ä. zu installieren.

Bei dem vorgeschlagenen System wird die Luft des Raumes umgewälzt. In vorteilhafter Weise sind keine besonderen Maßnahmen zur Filterung bzw. Behandlung von staubförmigen, feuchten bzw. mit ungewollten Gasen belasteten Medien erforderlich.

Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Klimatisierung liegt darin, daß für die Umwälzung der Luft in dem zu klimatisierenden Raum kein zusätzlicher Ventilator erforderlich ist.

Das abgekühlte und mit Druck beaufschlagte Gas wird anschließend über ein Entspannungselement geführt und strömt dann zurück in den geschlossenen Raum. Beim Abströmen über das Entspannungselement entspannt sich das Gas und kühlt dabei ab. Durch Verändern der Parameter Druck und Temperatur zwischen Verdichtung und Entspannung kann auf die Höhe der Gastemperatur bei Wiedereintritt in den geschlossenen Raum Einfluß genommen werden. So kann, bezogen auf die Umgebungstemperatur sowie die aktuelle Temperatur der Raumluft, die Luft im geschlossenen Raum gekühlt werden.

Als Entspannungselement bietet sich zwecks Rückgewinnung von Energie beispielsweise ein Flügelzellenmotor an, der mit einem Generator in Verbindung steht. Die gewonnene Energie wird dem System der Anlage bzw. des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt.

In dem vorgeschlagenen System wird der Verdichter durch einen Motor angetrieben. Die zum Antreiben des Motors erforderliche Energie wird bei dem vorgeschlagenen System teilweise aus der Entspannungsenergie gedeckt.

Durch einen Befeuchter besteht die Möglichkeit, das Gas bzw. die Luft auf optimale Klimawerte einzustellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachfolgenden Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage mit elektrischer Verbindung zwischen Strömungsmaschine und Entspannungselement,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage mit mechanischer Verbindung zwischen Strömungsmaschine und Entspannungselement.

Die Fig. 1 und 2 zeigen den zu klimatisierenden geschlossenen Raum 10. An den Raum 10 angeschlossen ist ein Kanal 20 einenends mit dem Kanaleingang 21 und anderenends mit der Mündung 23. Im Bereich des Kanaleingangs 21 ist eine durch ein Zuluftventil 26 absperrbare Zuluftleitung 27 vorgesehen.

In der Nähe des Kanaleingangs 21 ist eine Strömungsmaschine 30, bestehend aus einem durch einen Motor 32 angetriebenen Verdichter 31, vorgesehen. Der Verdichter 31 weist eine Steuerung 33 zur Änderung der Drehzahl und/oder des Arbeitsvolumens auf.

In Strömungsrichtung hinter der Strömungsmaschine ist im Kanal 20 ein Wärmetauscher 22 angeordnet. Der Wärmetauscher 22 besitzt einen eigenen Kühlmittelkreislauf 25.

Vor der Mündung 23 des Kanals 20 ist ein Entspannungselement 40 angeordnet. Das Entspannungselement 40 ist durch die Steuerung 43 steuerbar und weist eine Arbeitsmaschine auf, die beispielsweise als Turbine oder als Flügelzellenmotor ausgestaltet ist.

Zwischen dem Entspannungselement 40 und der Mündung 23 des Kanals 20 ist ein Luftbefeuchter 24 vorgesehen.

In der Fig. 1 ist die Arbeitsmaschine 41 mit einem Generator 42 verbunden, der über eine energiemäßige Verbindung 50 an den Motor 32 gekoppelt ist. Die energiemäßige Verbindung 50 weist ein Stromkabel 53 auf, das an einen Akkumulator 54 angeschlossen ist. Während des Betriebes der Klimaanlage wird die vom Generator 42 erzeugte elektrische Energie an den Akkumulator 54 abgegeben.

In der Fig. 2 wird die energiemäßige Verbindung 50 durch eine Welle 51 dargestellt, die eine mechanische Verbindung zwischen dem Entspannungselement 40 und der Strömungsmaschine 30 herstellt und die über ein Getriebe 52 mit dem Motor 32 in Verbindung steht.

Claims

1. System zum Kühlen von geschlossenen, mit einem gasförmigen Medium gefüllten Räumen, bestehend aus einem Kanal für die Ab- und Zufuhr des gasförmigen Mediums des Raumes, mit einem im Verlaufe des Kanals angeordneten Kühler, mit einem am Kanaleingang angeordneten Verdichter und einem am Kanalausgang angeordneten Entspannungselement, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Verdichter (31) als auch das Entspannungselement (40) steuerbar sind und daß Aggregate (50) vorhanden sind, welche die am Entspannungselement (40) rückgewinnbare Energie in das System zurückführen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Entspannungselement (40) eine als Turbine (41) ausgestaltete Arbeitsmaschine ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (41) einen Generator (42) antreibt.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Entspannungselement (40) eine als Flügelzellenmotor (44) ausgestaltete Arbeitsmaschine ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (31) ein mit einer Steuerung (33) versehener Rotationsverdichter ist, z. B. eine Lamellenpumpe.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (33) Elemente zur Änderung der Drehzahl und/oder des Arbeitsvolumens aufweist.

7. System nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügelzellenmotor (44) und der Verdichter (31) über eine Welle (51) verbunden sind.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (51) von einem Motor (32) über ein Getriebe (52) antreibbar ist.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kanal (20) vor dem Austritt (23) und nach dem Entspannungselement (40) Elemente zur Luftbefeuchtung (24) vorgesehen sind.

10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Wärmetauscher (22) ein Kühlmittelkreislauf (25) vorgesehen ist.

11. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kanal (20) in Strömungsrichtung vor der Strömungsmaschine (30) ein Zuluftventil (26) angeordnet ist.

12. System nach einem der o. g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente (50) vorgesehen sind, die den Motor (32) und den Generator (42) energiemäßig in Verbindung bringen.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Elemente (50) mit einem Energiespeicher, beispielsweise einem Akkumulator (54), verbundene Stromkabel (53) vorgesehen sind.