DE1114834B

DE1114834B - Air conditioning system for vehicles

Info

Publication number: DE1114834B
Application number: DEA32229A
Authority: DE
Original assignee: Alfa Romeo SpA
Current assignee: Alfa Romeo SpA
Priority date: 1958-06-19
Filing date: 1959-06-11
Publication date: 1961-10-12

Description

Luftkonditionierungsanlage für Fahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Luftkonditionierungsanlage für Fahrzeuge, bei der unter Verwendung eines Zentrifugalverdichters und einer Zentripetalturbine sowie eines zwischengeschalteten, zwischen der verdichteten und der entspannten Luft vermittelnden Wärmeaustauschers mit Luft als Kältemittel gearbeitet wird.Air conditioning system for vehicles The invention relates to a Air conditioning system for vehicles using a centrifugal compressor and a centripetal turbine as well as an intermediate one between the compressed one and the expanded air-conveying heat exchanger with air as the refrigerant is being worked on.

Es sind Luftkonditionierungsanlagen der hier in Frage stehenden Art bekannt, bei denen ein flüssiges Kältemittel benutzt wird, das durch den Verdampfer einer Kältemaschine hindurchgeleitet wird, über dessen Kühlflächen die aus dem Wageninneren angesaugte, zu kühlende Luft hinwegstreicht. Bei diesen bekannten Anlagen sind Verluste nicht zu vermeiden, das Kältemittel kann unter Umständen unangenehmen Geruch verursachen, und es muß auch immer ein Austritt des Kältemittels befürchtet werden, wodurch der Betrieb der Anlage in Frage gestellt werden kann. Neben diesen vorgenannten Klimaanlagen sind weiterhin Luftkonditionierungsanlagen bekanntgeworden, die mit Luft als Kältemittel arbeiten und Strömungsmaschinen für die Verdichtung und Entspannung der Luft aufweisen, die als Zentrifugalverdichter bzw. als Zentripetalturbine ausgebildet sind und bei denen ein Wärmeaustauscher zum Austausch der Wärme zwischen der verdichteten und entspannten Luft vorgesehen ist. Weil der Zentrifugalverdichter der Anlage mit sehr hohen Drehzahlen betrieben werden muß, ergeben sich für die Verwendung der Anlage in Fahrzeugen erhebliche Schwierigkeiten. Da weiterhin die Drehzahl des Verdichters nach Möglichkeit immer konstant bleiben muß und im Gegensatz hierzu die Drehzahl des in der Anwendung bei Fahrzeugen in Frage kommenden Antriebsmotors, der entweder der Fahrzeugmotor selbst oder ein vom Fahrzeugmotor abhängiger Sekundärantrieb ist, entsprechend den verschiedenen Fahrtzuständen des Fahrzeugs innerhalb weiter Grenzen schwankt, ergeben sich weitere Schwierigkeiten. Ob nun der Fahrzeugmotor selbst als primäres Antriebsorgan oder ein vom Fahrzeugmotor abhängiger Sekundärantrieb zum Antreiben der Konditionierungsanlage verwendet werden, so muß doch bei den bekannten Anlagen immer ein Getriebe mit großem Übersetzungsverhältnis zwischen den Antrieb und den Verdichter geschaltet werden, was mit wesentlichen Schwierigkeiten und Nachteilen verbunden ist. Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.They are air conditioning systems of the type in question here known, in which a liquid refrigerant is used, which is through the evaporator a refrigeration machine is passed through, via the cooling surfaces of the interior of the car sucked in air to be cooled is wiped away. There are losses in these known systems unavoidable, the refrigerant may cause an unpleasant smell, and it must always be feared a leakage of the refrigerant, whereby the Operation of the plant can be questioned. In addition to these aforementioned air conditioners air conditioning systems that use air as the refrigerant have also become known work and have flow machines for the compression and expansion of the air, which are designed as a centrifugal compressor or as a centripetal turbine and at which a heat exchanger to exchange the heat between the compressed and relaxed air is provided. Because the centrifugal compressor of the system with very must be operated at high speeds, arise for the use of the system significant difficulties in vehicles. There continues to be the speed of the compressor must always remain constant if possible and, in contrast, the speed of the drive motor in question in the application in vehicles, which is either is the vehicle engine itself or a secondary drive dependent on the vehicle engine, within wide limits according to the various driving conditions of the vehicle fluctuates, further difficulties arise. Whether the vehicle engine itself as the primary drive unit or a secondary drive that is dependent on the vehicle engine be used to drive the conditioning system, it must be used in the known Systems always have a gear unit with a large gear ratio between the drives and the compressor can be switched, which has significant difficulties and disadvantages connected is. The aim of the invention is to avoid these disadvantages.

Gemäß der Erfindung wird der Zentrifugalverdichter mindestens mittelbar vom Fahrzeugmotor über ein Flüssigkeitsgetriebe angetrieben, das eine mit dem Motor in treibender Verbindung stehende Kolbenpumpe und eine von dieser in geschlossenem Kreislauf betätigte Flüssigkeitsturbine enthält, deren Läufer auf einer Welle sitzt, die auch den Zentrifugalverdichter und die Zentripetalturbine trägt. Zweckmäßig geht von der Kolbenpumpe eine über die Düse den Treibstrahl auf den Läufer der Turbine richtende Druckleitung aus, während vom Sammelraum der Turbine eine Saugleitung zur Kolbenpumpe zurückführt. Erst mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Betrieb einer mit Luft als Kältemittel arbeitenden Anlage zur Konditionierung der Luft in Fahrzeugen unter vertretbaren Bedingungen überhaupt möglich, da das erfindungsgemäße Getriebe für die oben beschriebene Aufgabe besonders vorteilhaft ist und die im vorliegenden Fall auftretenden Probleme in der bestmöglichen Weise löst. Die im erfindungsgemäßen Getriebe vorgesehene Kolbenpumpe treibt in geschlossenem Kreislauf eine kleine hydraulische Turbine an. Auf diese Weise wird das im vorliegenden Fall erforderliche hohe Übersetzungsverhältnis verwirklicht, wobei auch noch die Sekundärdrehzahl in gewissen Grenzen von der Primärdrehzahl uriabhängig ist. Darüber hinaus kann die Sekundärdrehzahl selbsttätig in Abhängigkeit von den Schwankungen der Primärdrehzahl jeweils eingestellt und geregelt werden. Hierzu reichen sehr einfache Mittel aus. Man kann z. B. das gewünschte Ziel durch Veränderung der Fördermenge der Kolbenpumpe oder durch Regelung des Düsenquerschnitts der hydraulischen Turbine erreichen. Schließlich kann man auch die schnell laufende Welle des Getriebes auf relativ einfache Weise lagern, indem man z. B. auf den Läufer der Turbine zu zwei diametral einander gegenüberliegende Düsen anordnet, wobei die aus diesen Düsen austretenden Strahlen auf den Läufer einwirken.According to the invention, the centrifugal compressor is at least indirectly Driven by the vehicle engine through a fluid transmission, one with the engine in driving connection piston pump and one of these in closed Contains a circuit-operated liquid turbine whose rotor is mounted on a shaft, which also carries the centrifugal compressor and the centripetal turbine. Appropriate the propulsion jet goes from the piston pump via the nozzle onto the rotor of the turbine directing pressure line, while a suction line from the collecting chamber of the turbine returns to the piston pump. Only with the arrangement according to the invention is the operation a system that uses air as the refrigerant to condition the air in Vehicles at all possible under reasonable conditions, since the inventive Transmission is particularly advantageous for the task described above and the im solves any problems that arise in the present case in the best possible way. The in The piston pump provided according to the invention drives in a closed circuit a small hydraulic turbine. This is how it is in the present case required high gear ratio realized, with the secondary speed is dependent on the primary speed within certain limits. In addition, can the secondary speed automatically depending on the fluctuations in the primary speed can be set and regulated in each case. Very simple means are sufficient for this. You can z. B. the desired goal by changing the delivery rate of the piston pump or by regulating the nozzle cross-section of the hydraulic turbine. In the end you can also use the high-speed shaft of the gearbox on a relative basis simple Way to store by z. B. on the rotor of the turbine to two diametrically opposed to each other arranged opposite nozzles, the jets emerging from these nozzles act on the runner.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine bekannte Anlage, auf die sich die Erfindung bezieht, in schematischer Darstellung und Fig. 2 ein Flüssigkeitsgetriebe, wie es gemäß der Erfindung zur übertragung der Antriebskraft mindestens mittelbar vom Fahrzeugmotor auf den Verdichter dient, in einer Seitenansicht im Schnitt.In the drawing is an embodiment of the subject matter of Invention shown. It shows Fig. 1 a known system on which the invention relates, in a schematic representation and FIG. 2, a fluid transmission as it according to the invention for transmitting the driving force at least indirectly from the vehicle engine serves on the compressor, in a side view in section.

Die betreffende Luftkonditionierungsanlage für Fahrzeuge arbeitet mit Luft als Kältemittel und enthält als wesentliche Bestandteile einen Antriebsmotor M, einen Zentrifugalverdichter C, eine Zentripetalturbine T und einen im Arbeitsmittelwege zwischen dem Verdichter und der Turbine angeordneten, zwischen der verdichteten und der entspannten Luft vermittelnden Wärmeaustauscher S, der aus zwei Wärmetauschelementen 1 und 2 zusammengesetzt ist.The vehicle air conditioning system in question is working with air as the refrigerant and contains a drive motor as an essential component M, a centrifugal compressor C, a centripetal turbine T and one in the working medium path arranged between the compressor and the turbine, between the compressed and the expanded air-conveying heat exchanger S, which consists of two heat exchange elements 1 and 2 is composed.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anlage ist folgende: Der Verdichter C saugt die Frischluft von außen an, verdichtet sie und leitet sie in das Wärmeaustauschelement 1, das z. B. aus einem Ripprohr bestehen kann. Die im Element 1 gekühlte Luft expandiert in der Turbine T und setzt diese in Drehung. Die für den Betrieb des sich auf der gleichen Welle mit der Turbine T befindenden Verdichters C benötigte Zusatzenergie wird vom Motor M geliefert. Die Luft im Wageninneren A, die sich im Betrieb auf einer niedrigeren Temperatur als die Außenluft befindet, gelangt in das zweite Wärmetauschelement 2, so daß die das Element 1 durchströmende Luft abgekühlt wird. Aus dem Element 2 wird die Kühlluft nach außen abgeführt. Die Anlage benötigt somit kein besonderes Kühlmittel, da die aus dem Wageninneren entnommene kühle Luft dessen Aufgabe übernimmt. Der entsprechende Energieanteil würde auf jeden Fall verlorengehen und nicht ausgenutzt werden, da es unbedingt erforderlich ist, laufend für eine Lufterneuerung im Wageninneren Sorge zu tragen.The system described works as follows: The compressor C takes in the fresh air from outside, compresses it and directs it into the heat exchange element 1, the z. B. can consist of a corrugated pipe. The air cooled in element 1 expands in the turbine T and sets it in rotation. The ones for the operation of the The same shaft with the turbine T located compressor C required additional energy is supplied by the motor M. The air inside the car A, which is on during operation is at a lower temperature than the outside air, enters the second heat exchange element 2, so that the air flowing through the element 1 is cooled. Out of the element 2 the cooling air is discharged to the outside. The system therefore does not need anything special Coolant, as the cool air taken from the inside of the car takes over its task. The corresponding energy share would definitely be lost and not used as it is absolutely necessary, to constantly renew the air inside the car To take care.

Die beschriebene Anlage kann in der kalten Jahreszeit zur Erwärmung des Wageninneren mittels der Kompressionswärme verwendet werden.The system described can be used for warming in the cold season inside the car can be used by means of the compression heat.

Vom Antriebsmotor des Fahrzeugs aus wird nun erfindungsgemäß die Energie über ein Flüssigkeitsgetriebe entnommen, das aus einer hydraulischen Turbine besteht, die von einer volumetrischen Pumpe gespeist wird, die vom Antriebsmotor des Fahrzeugs selbst oder einem von diesem Motor abhängigen Sekundärantrieb angetrieben wird.According to the invention, the energy is now supplied from the drive motor of the vehicle taken via a fluid transmission consisting of a hydraulic turbine, which is fed by a volumetric pump from the drive motor of the vehicle itself or a secondary drive dependent on this engine.

Das Getriebe kann mit einer Einrichtung zur selbsttätigen Regelung des Verhältnisses zwischen den Drehzahlen der Motorwelle und der getriebenen Welle versehen sein, damit man die Drehzahl der getriebenen Welle mit guter Annäherung auch bei Schwankungen der Motordrehzahl konstant halten kann.The transmission can be equipped with a device for automatic regulation the ratio between the speeds of the motor shaft and the driven shaft be provided so that you can get the speed of the driven shaft with a good approximation can keep constant even with fluctuations in the engine speed.

Als hydraulische Turbine kann man eine Pelton-Turbine, eine Francis-Turbine oder eine Propeller-Turbine verwenden. Die volumetrische Pumpe kann gegebenenfalls eine veränderliche Fördermenge besitzen.A Pelton turbine or a Francis turbine can be used as a hydraulic turbine or use a propeller turbine. The volumetric pump can optionally have a variable delivery rate.

Mit einem solchen erfindungsgemäßen Flüssigkeitsgetriebe kann ein zufriedenstellendes übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl des Motors und der Drehzahl der getriebenen Welle gewährleistet werden. Dieses Getriebe besitzt einen verhältnismäßig einfachen Aufbau, benötigt keine besondere Wartung, wobei noch hinzukommt, daß die Teile sich nicht abnützen und der Betrieb praktisch geräuschlos ist, was bei der Unterbringung in Fahrzeugen von besonderer Wichtigkeit ist und bei mechanischen Getrieben, z. B. bei Zahnradgetrieben, nicht erreicht werden kann, da diese im Betrieb erhebliche Geräusche verursachen.With such a fluid transmission according to the invention, a satisfactory gear ratio between the speed of the engine and the speed of the driven shaft can be guaranteed. This gear has a relatively simple structure, does not require any special maintenance, whereby In addition, the parts do not wear out and the operation is practically noiseless is what is of particular importance when it is placed in vehicles and in mechanical transmissions, e.g. B. with gear drives, can not be achieved, as they cause considerable noise during operation.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, enthält das erfindungsgemäße Flüssigkeitsgetriebe eine mit dem Antriebsmotor M über die Welle 13 und den Kurbeltrieb 14, 15 in treibender Verbindung stehende Kolbenpumpe 10 und eine von dieser in geschlossenem Kreislauf betätigte Flüssigkeitsturbine 11, deren Läufer 22 auf einer Welle 23 sitzt, die auch den Zentrifugalverdichter C und die Zentrifugalturbine T trägt. Von der Kolbenpumpe 10 geht eine über eine Düse 18 den Treibstrahl auf den Läufer 22 der Turbine richtende Druckleitung 16 aus, während vom Sammelraum 19 der Turbine eine Saugleitung 17 zur Kolbenpumpe zurückführt. Die Leitungen 16, 17 werden von den Ventilen 20, 21 beherrscht. Sämtliche Teile der Energiequelle sind in einem gestrichelten Viereck gezeichnet und allgemein mit M bezeichnet. Hierbei treibt die Motorwelle 13 den Kolben 12 der Pumpe 10 an, der bei seinem Pump- oder Druckhub das Ventil 20 öffnet und das öl in die Leitung 16 pumpt, das somit unter Druck zur Düse 18 gelangt, wobei der aus dieser austretende Treibstrahl auf die Schaufeln des Läufers 22 trifft, so daß die Welle 23 in Drehung versetzt wird. Der Strahl kann gegebenenfalls mit Hilfe eines Regelorgans 24, das den freien Austrittsquerschnitt der Düse verändert, geregelt werden. In dieser Phase ist das Ventil 21 geschlossen. Bei seinem Saughub bewirkt der Kolben 12 das Schließen des Ventils 20 und das Öffnen des Ventils 21, so daß das öl aus dem Sammelbehälter 19 der Turbine durch die Leitung 17 in die Pumpe zurückgesaugt wird. Das durch die Pumpe 10 geförderte Flüssigkeitsvolumen kann beliebig geändert werden.As can be seen from Fig. 2, the fluid transmission according to the invention contains a with the drive motor M via the shaft 13 and the crank mechanism 14, 15 in driving connection piston pump 10 and a liquid turbine 11 actuated by this in a closed circuit, the rotor 22 of which is on a Shaft 23 is seated, which also carries the centrifugal compressor C and the centrifugal turbine T. A pressure line 16, which directs the propulsion jet onto the rotor 22 of the turbine via a nozzle 18, emanates from the piston pump 10, while a suction line 17 leads back from the collecting chamber 19 of the turbine to the piston pump. The lines 16, 17 are dominated by the valves 20, 21. All parts of the energy source are drawn in a dashed square and generally designated M. Here, the motor shaft 13 drives the piston 12 of the pump 10, which opens the valve 20 during its pumping or pressure stroke and pumps the oil into the line 16, which thus reaches the nozzle 18 under pressure Blades of the rotor 22 hits, so that the shaft 23 is set in rotation. If necessary, the jet can be regulated with the aid of a regulating element 24 which changes the free outlet cross section of the nozzle. In this phase the valve 21 is closed. During its suction stroke, the piston 12 closes the valve 20 and opens the valve 21, so that the oil is sucked back from the collector 19 of the turbine through the line 17 into the pump. The volume of liquid conveyed by the pump 10 can be changed as desired.

Wie oben bereits erwähnt, wird zum Antreiben des Verdichters der Fahrzeugmotor selbst oder ein vom Fahrzeugmotor abhängiger Sekundärantrieb verwendet. Die Energiequelle M kann in diesem Falle auch aus einer Gasturbine bestehen, die durch die Abgase des Fahrzeugmotors betrieben wird.As mentioned above, the vehicle engine is used to drive the compressor itself or a secondary drive dependent on the vehicle engine is used. The energy source M can in this case also consist of a gas turbine, which is driven by the exhaust gases of the vehicle engine is operated.

Es ist auch möglich, einen Teil der im Verdichter C zu verdichtenden Luft aus dem Wageninneren zu entnehmen, wie in Fig. 1 mit gestrichelten Linien gezeigt ist. Auf diese Weise erreicht man einen teilweisen Umluftstrom vom Raum A durch den Verdichter C, das Wärmeaustauschelement 1 und die Turbine T zurück in den Raum A. Auch in diesem Fall wird jedoch eine gewisse Luftmenge durch das Wärmeaustauschelement 2 abgeführt, um die das Element 1 durchströmende Luft zu kühlen und im Raum A eine gewisse Lufterneuerung zu haben.It is also possible to take some of the air to be compressed in the compressor C from the interior of the vehicle, as shown in FIG. 1 with dashed lines. In this way, a partial circulating air flow is achieved from room A through the compressor C, the heat exchange element 1 and the turbine T back into the room A. In this case too, however, a certain amount of air is removed through the heat exchange element 2, around which the element 1 flows To cool air and have some air renewal in room A.

Die Anlage ist selbstverständlich auch mit Einstellvorrichtungen versehen, um die Menge der in den Raum A eintretenden Luft und die Menge der von diesem in den Wärmeaustauscher S gelangenden Luft einregeln zu können. Auch eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die Anlage in Betrieb genommen bzw. außer Betrieb gesetzt werden kann, ist selbstverständlich vorhanden. Sie kann z. B. aus einer Reibungskupplung zwischen der Motorwelle und dem Flüssigkeitsgetriebe bestehen oder z. B. einen Zweiwegehahn enthalten, der die Auspuffgase wahlweise ins Freie oder zur Antriebsturbine leitet, falls die Anlage durch eine mit den Auspuffgasen arbeitende Turbine betrieben wird. Schließlich ist es auch möglich, der gekühlten Luft die Luftfeuchtigkeit zu entziehen, indem sie durch einen Kondenswasserabscheider hindurchgeleitet wird.The system is of course also provided with adjustment devices, the amount of air entering room A and the amount of air entering from it to be able to regulate the air coming into the heat exchanger S. Also a device with the help of which the system can be commissioned or decommissioned can, of course, is available. You can z. B. from a friction clutch between the motor shaft and the fluid transmission exist or z. B. a two-way cock included, which guides the exhaust gases either into the open air or to the drive turbine, if the system is operated by a turbine that works with the exhaust gases. Finally, it is also possible to remove the humidity from the cooled air, by passing it through a condensate trap.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Air conditioning system for vehicles, at using a centrifugal compressor and a centripetal turbine as well an intermediary, mediating between the compressed and the relaxed air The heat exchanger is operated with air as the refrigerant, characterized in that that the centrifugal compressor (C) at least indirectly from the vehicle engine (M) a fluid transmission is driven, the one driving with the engine Connected piston pump (10) and one of these in a closed circuit contains actuated liquid turbine (I.1), the rotor (22) of which on a shaft (23) sits, which also carries the centrifugal compressor and the centripetal turbine (T).

2. Air conditioning system according to claim 1, characterized in that from the piston pump (10) via a nozzle (18) the propellant jet on the rotor (22) of the turbine directing pressure line (16) goes out and from the plenum (19) of the turbine a suction line (17) leads back to the piston pump. Documents considered: French Patent No. 1077 596; British Patent Nos. 688 245, 688 246; U.S. Patent No. 2,729,073.