DE19729077A1 - Einrichtung zum Kühlen einer Kabine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen einer Kabine, insbesondere einer Fahrerkabine eines Kraftfahr­ zeuges, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Einrichtung, welche eine Kühlung des Fahrgast­ raumes ermöglicht, wenn der Verbrennungsmotor des Kraft­ fahrzeuges außer Betrieb ist, beispielsweise eine Fahrer- oder Schlafkabine eines Nutzfahrzeuges, ist bereits aus der DE 41 25 993 A1 bekannt. Die bekannte Einrichtung weist einen Kühlkanal auf, durch den von einem Gebläse ein Luft­ strom förderbar ist, welcher bei der Durchströmung einer kühlenden Behandlung unterzogen wird. Der Kühlkanal weist dabei eine Trocknereinheit mit einer durchströmbaren Sorp­ tionskammer mit einem Sorbens wie Zeolith oder dergleichen auf. Bei Kontakt des Luftstromes mit dem Sorbens wird die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit adsorbiert und der Luftstrom bei gleichzeitiger Wärmeaufnahme getrocknet. In Strömungsrichtung hinter der Trocknereinheit ist in dem Kühlkanal ein Verdunster angeordnet, welcher den trockenen Luftstrom bei der Durchströmung durch Verdunsten von Was­ ser, welches entsprechend ausgebildeten Verdunstungsflächen des Verdunsters fortlaufend zuführbar ist, von der ent­ stehenden Verdunstungskälte ggf. bis zum Erreichen der Kühlgrenze abgekühlt wird. Die Sorptionskammer der Trock­ nereinheit ist abströmseitig mit einem in die Atmosphäre mündenden Desorptionskanal verbindbar, welcher der Abfüh­ rung des bei der Desorption der Sorptionskammer freigesetz­ ten Wassersorbates dient.

Bei der bekannten Einrichtung wird der abgekühlte, jedoch in Folge der Wasserverdunstung feuchte Luftstrom hinter dem Verdunster direkt in die Fahrerkabine eingeleitet. Es kann daher zu unhygienischen Klimabedingungen in der Fahrer­ kabine kommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Einrichtung zum Kühlen einer Kabine derart weiterzubilden, daß beim Kühlen angenehme hygienische Kli­ mabedingungen in der Kabine geschaffen werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

In dem als geschlossener Primärkühlkreis ausgebildeten Kühlkanal ist die Kälteleistung, welche von dem im Primär­ kühlkreis zirkulierenden Luftstrom als Verdunstungskälte im Verdunster bei gleichzeitiger Befeuchtung aufgenommen wird, über einen Wärmetauscher auf einen weiteren Kühlluftstrom übertragbar, welcher somit abgekühlt und dabei trocken in die Kabine förderbar ist. Dem Primärkühlkreis ist bei der Desorption der Sorptionskammer über eine absperrbare Frischluftleitung Desorptionsluft während des Desorptions­ betriebes zuführbar. Durch die Zirkulation des Arbeits­ mediums Luft im Primärkühlkreis wird der gemeinsame Wir­ kungsgrad beim Kühlen durch die Reihenanordnung der Trock­ nereinheit und des Verdunsters verbessert. Der Trocknerein­ heit wird der nach dem Durchströmen des Verdunsters abge­ kühlte Luftstrom zur Trocknung zugeführt. Es ist eine ge­ ringe Sorbensmenge ausreichend, um den Luftstrom zu trock­ nen, was beispielsweise auf einen kontinuierlichen Betrieb im Trockner zurückgeführt werden kann. Die Erhöhung der Trocknungsleistung führt wiederum dazu, daß der zirku­ lierende Luftstrom bei Durchströmen des Verdunsters stärker abgekühlt werden kann.

Vorteilhaft wird der Wärmetauscher zur Übertragung der Käl­ teleistung auf den in die Kabine geförderten Kühlluftstrom als Luft/Wasser-Wärmeübertrager ausgebildet und ist in einem Wasserkreislauf zur Versorgung des Verdunsters im Primärkühlkreis angeordnet. Das in dem Verdunster ge­ sammelte, kalte Wasser wird einem Wärmetauscher zugeleitet, in welchem die Kälte auf den Zuluftstrom übertragen wird. Der Primärkühlkreis der Kühleinrichtung mit den kälte­ erzeugenden Aggregaten kann außerhalb der Kabine angeordnet sein.

Die Erfindung wird nachstehend mit schematisch dargestell­ ten Einrichtungen zum Kühlen einer Fahrerkabine anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis Fig. 3 Kühleinrichtungen mit außerhalb der Kabi­ ne angeordnetem Primärkühlkreis,

Fig. 4 und Fig. 5 Kühleinrichtungen mit einem die Kabine durchsetzenden Primärkühlkreis,

Fig. 6 eine alternative Ausgestaltung einer Kühleinrichtung mit einem die Kabine durchsetzenden Primärkühlkreis.

In allen Zeichnungsfiguren sind jeweils gleiche Bauteile der jeweiligen Kühleinrichtungen mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zum Kühlen der Fah­ rerkabine 1 eines Kraftfahrzeuges weist einen als ge­ schlossenen Primärkühlkreis 2 ausgebildeten Kühlkanal auf, in dem ein zu kühlender Luftstrom von einem Gebläse 3 ge­ fördert in Pfeilrichtung 28 zirkuliert. In dem Primärkühl­ kreis 2 ist eine Trocknereinheit 4 angeordnet, deren durch­ strömbare Sorptionskammer 9 Zeolith enthält. Bei Kontakt mit dem als Sorbens wirkenden Zeolith wird dem Luftstrom Feuchtigkeit durch Adsorption entzogen und gleichzeitig Ad­ sorptionswärme zugeführt. In dem Primärkühlkreis ist wei­ terhin in Reihe mit der Trocknereinheit ein Verdunster 5 angeordnet, welcher den von der Trocknereinheit 4 herange­ führten, trockenen Warmluftstrom durch Wasserverdunstung herabkühlt. Über einen geschlossenen Wasserkreislauf 18, in dem eine Pumpe 21 angeordnet sein kann, werden geeignet ausgebildete Verdunsteroberflächen 6 im Verdunster 5 ver­ sorgt. Die Trocknereinheit 4 weist einen Desorptionskanal 24 auf, über den die Sorptionskammer 9 zur Desorption des Zeolithes abströmseitig mit der Atmosphäre verbindbar ist. Der Primärkühlkreis 2 weist ferner eine bedarfsweise frei­ gebbare Frischluftleitung 25 auf, welche zur Desorption des Zeolithes zur Nachförderung von Umgebungsluft durch das Ge­ bläse 3 geöffnet wird. Dabei wird die mit dem freigesetzten Wassersorbat über den Desorptionskanal ausgeschobene Luft­ menge unmittelbar ersetzt. Die Desorption kann dabei tur­ nusmäßig oder auch kontinuierlich durch die Anordnung einer entsprechend ausgebildeten, selbsttätig desorbierenden Trocknereinheit 4 erfolgen.

In dem Wasserkreislauf 18 zur Versorgung des Verdunsters 5 ist ein als Luft/Wasser-Wärmeübertrager ausgebildeter Wär­ metauscher 8 angeordnet, welcher die transportierte Kälte­ leistung des vom Verdunster 5 abströmenden Kaltwasserstroms auf einen in die Kabine 1 einströmenden Zuluftstrom 7 über­ trägt. Der Zuluftstrom 7 wird von einem Kabinengebläse 17 durch eine Kabinenluftleitung 14 gefördert. Im Ausführungs­ beispiel ist die Kabinenluftleitung 14 von der Außenseite in die Kabine 1 geführt, wodurch der Zuluftstrom 7 aus der Umgebung der Kabine 1 bzw. eines Fahrzeugs ansaugbar ist. Die Abluft der Kabine 1 wird über einen Fortluftkanal 10 abgeführt, welcher vor dem Ausstoß 27 in die Atmosphäre wärmeübertragend mit dem Primärkühlkreis 2 verbunden ist, vorzugsweise mittels eines Kreuzstrom-Wärmetauschers 12. Zur Unterstützung der Luftströmung im Fortluftkanal 10 ist ein Fördergebläse 11 vorgesehen.

In dem Fortluftkanal 10 ist ein weiterer Verdunster 15 an­ geordnet, welcher gleichzeitig mit der Kabinenluftleitung 14 bzw. mit dem durch die Kabinenluftleitung 14 geförderten Zuluftstrom 7 wärmeübertragend verbunden ist. Der Ver­ dunster 15 im Fortluftkanal 10 ist bevorzugt als isothermer Wärmeübertrager auf den Zuluftstrom 7 ausgebildet. Über eine Wasserversorgung 26 wird dem Verdunster 15 Wasser zu­ geführt, welches auf geeignet ausgebildeten Verdunsterober­ flächen 16 verdunstet und dabei den Abluftstrom aus der Ka­ bine 1 abkühlt. Die Kälteleistung des Verdunsters 15 wird auf den Zuluftstrom 7 übertragen und trägt somit effektiv zur Abkühlung der Kabine 1 bei. Der kühle Abluftstrom wird über den Fortluftkanal 10 zum Kreuzstrom-Wärmetauscher 12 des Primärkühlkreises 2 geführt und kühlt den Luftstrom im Primärkühlkreis 2 zusätzlich vor dem Durchströmen des küh­ lenden Verdunsters 5. Aufgrund des geringen Temperatur­ niveaus im Primärkühlkreis ist bereits eine geringe Zeo­ lithmenge ausreichend, um die zur Bereitstellung der Kühl­ leistung notwendige Trocknung des Primärluftstroms sicher­ zustellen. Der Zuluftstrom 7 für die Kabine 1 wird über die Kühlleistung des Luft/Wasser-Wärmeübertragers im kalten Wasserkreislauf 18 des Primärkühlkreis-Verdunsters 5 hinaus zusätzlich gekühlt durch die wärmeübertragende Verbindung der Kabinenluftleitung 14 mit dem kühlenden Verdunster 15 im Fortluftkanal 10. Bezüglich der Strömungsrichtung des Zuluftstroms 7 ist dabei der Verdunster 15 vor dem Luft/Wasser-Wärmeübertrager 8 angeordnet, um eine wir­ kungsvolle Vorkühlung des Zuluftstroms 7 und somit eine Entlastung des Wärmeübertragers 8 zu erreichen. Die Tempe­ ratur im Wasserkreislauf 18 des Primärkühlkreis-Verdunsters 5 wird gering gehalten.

Der Wasserkreislauf 18 des Verdunsters 5 ist durch eine Versorgungsleitung 22 mit einem Wasserreservoir 19 verbun­ den. Die Versorgungsleitung 22 ist von einem Ventil 23 ab­ gesperrt, welches bedarfsweise zur Auffüllung des Wasser­ kreislaufes 18 freigebbar ist. Das Wasserreservoir 19 ist im Ausführungsbeispiel in der ebenfalls umlaufend ausge­ bildeten Wasserversorgung 26 des Verdunsters 15 des Fort­ luftkanals 10 angeordnet, aus dem die Versorgungsleitung 22 für den Primärkreis-Verdunster 5 abzweigt. Die Wasserpumpe 20 der Wasserversorgung des Fortluftverdunsters 15 beauf­ schlagt somit gleichzeitig die Versorgungsleitung 22.

Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung zum Kühlen einer Fahrerkabine 1 sieht einen Umluftbetrieb der Kabinenluft vor. Das Kabinengebläse 17 drängt dabei den Umluftstrom 7' durch den Luft/Wasserübertrager 8, welcher - wie oben zu Fig. 1 beschrieben - innerhalb der Kabine 1 im Wasserkreis­ lauf 18 des Verdunsters 5 im Primärkühlkreis 2 angeordnet ist. Die Ansaugseite 13 des Fortluftkanals 10 liegt außer­ halb der Kabine 1. Das Gebläse 11 saugt somit Umgebungsluft an, welche von dem Verdunster 15 abgekühlt wird, um über den Kreuzstrom-Wärmeübertrager dem Primärkühlkreis 2 strom­ auf der Trocknereinheit 4 bereits Wärme zu entziehen. Der Primärkühlkreis 2 stellt aufgrund des niedrigen Temperatur­ niveaus bei geringem Energieverbrauch eine hohe Kälte­ leistung bereit, welche über den Wasserkreislauf 18 von dem Luft/Wasser-Wärmeübertrager 8 mit hohem Wirkungsgrad auf den Zuluftstrom 7' bei der Umwälzung in der Kabine 1 über­ tragen wird.

Fig. 3 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer Einrichtung zum Kühlen der Kabine 1 mit außerhalb der Kabi­ ne 1 angeordnetem Primärkühlkreis 2. Die Übertragung der im Primärkühlkreis 2 erzeugten Kälteleistung erfolgt wie bei den in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Einrichtungen, und es wird zur grundsätzlichen Funktionsweise der Kühleinrichtung auf die dortigen Beschreibungen verwiesen. In Überein­ stimmung mit der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung wird zur kühlenden Klimatisierung der Kabine 1 insbesondere im Stillstand des Fahrzeuges die Kabinenluft von dem Kabinen­ gebläse 17 umgewälzt und dabei von dem Luft/Wasser-Wärme­ übertrager 8 abgekühlt. Bei der gezeigten Kühleinrichtung ist der Verdunster 15 im Fortluftkanal 10 wärmeübertragend mit dem Primärkühlkreis 2 in Strömungsrichtung 28 vor dem Verdunster 5 liegend wärmeübertragend verbunden. Der Ver­ dunster 15, welcher die von dem Fördergebläse 11 durch den Fortluftkanal 10 geförderte Umgebungsluft mittels Wasser­ verdunstung auf den Verdunsteroberflächen 16 abkühlt, ist im Ausführungsbeispiel als isothermer Wärmeübertrager aus­ gebildet. Auf die Anordnung eines weiteren Wärmetauschers im Fortluftkanal 10 zur Übertragung der Kühlleistung des Verdunsters 15 auf den Primärkühlkreis 2 kann verzichtet werden und daher die Herstellungskosten der Kühleinrichtung gesenkt werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Einrichtung zum Kühlen der Fahrerkabine 1, deren Primärkühlkreis 2 durch die Kabine 1 geführt ist, wobei der Verdunster 5 des Primärkühlkreises 2 mit dem Vorteil einer geringeren Bau­ teilanzahl der Kühleinrichtung innerhalb der Kabine 1 ange­ ordnet ist und als Wärmeübertrager für den Zuluftstrom 7 ausgebildet ist. Zur gleichzeitigen Abkühlung des Primär­ kühlkreises und des in der Kabine 1 umgewälzten Zuluft­ stromes 7, 7' wird bevorzugt ein isothermer Befeuchter ein­ gesetzt. Anstelle eines Kreuzstrom-Wärmeübertragers 12, welcher den - wie oben beschrieben - mit Verdunster 15 und Gebläse 11 ausgerüsteten Fortluftkanal 10 vor dem Ausstoß 27 mit dem Primärkühlkreis 2 wärmeübertragend verbindet, kann vorteilhaft auch ein adiabater Befeuchter 15' angeord­ net sein, wie Fig. 5 zeigt. Ein solcher adiabater Be­ feuchter 15' ist nach Art des Kreuzstrom-Wärmeübertragers mit dem Primärkühlkreis 2 verbunden.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung einer Kühleinrichtung mit der Möglichkeit einer indirekten Kühlung der Kabine 1 über einen Luft/Luft-Wärmeübertrager 8'. Der Wärmetauscher 8' ist vorzugsweise innerhalb der Kabine 1 angeordnet und wird einerseits von dem Primärluftstrom zwischen Verdunster 5 und Trocknereinheit 4 und andererseits von dem zu kühlenden Umluftstrom 7, 7' durchströmt. Die zusätzliche Wärmeabfuhr aus dem Primärkühlkreis 2 erfolgt - wie bereits oben be­ schrieben - über einen Fortluftkanal, dessen Fördergebläse 11 aus der Umgebung ansaugt, wobei die Kälteleistung des Verdunsters 15 von einem Kreuzstrom-Wärmeübertrager 12 auf den Primärkühlkreis 2 übertragen wird. Die Anordnung kann jedoch auch so getroffen werden, daß - wie in Fig. 1 dar­ gestellt - die Ansaugseite 13 des Fortluftkanals 10 mit den bereits beschriebenen Vorteilen innerhalb der Kabine 1 liegt.

Die Anordnung einzelner Baugruppen der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Kühlen der Kabine 1 und deren Abstimmung aufeinander kann in Abhängigkeit von den klimatischen Um­ gebungsbedingungen im jeweiligen Anwendungsfall getroffen werden, wobei auch hier nicht dargestellte Baugruppen-Kom­ binationen vorteilhaft sein können.

Claims (8)

1. Einrichtung zum Kühlen einer Kabine (1), insbesondere einer Fahrerkabine eines Kraftfahrzeuges, mit einem Kühlkanal (2), welcher ein Gebläse (3) zur Förderung eines zu kühlenden Luftstromes umfaßt sowie eine Trock­ nereinheit (4) mit einer durchströmbaren Sorptionskammer (9) mit einem Sorbens wie Zeolith oder dergleichen und einen in Strömungsrichtung (28) in Reihe mit der Trock­ nereinheit (4) angeordneten Verdunster (5) aufweist, wobei die Sorptionskammer (9) abströmseitig mit einem in die Atmosphäre mündenden Desorptionskanal (24) verbind­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal als geschlos­ sener Primärkühlkreis (2) ausgebildet ist, welchem über eine absperrbare Frischluftleitung (25) bedarfsweise Luft zuführbar ist, und die im Primärkühlkreis (2) er­ zeugte Kälteleistung über einen Wärmetauscher (8, 8') auf einen Zuluftstrom (7) übertragbar ist, welcher von einem Kabinengebläse (17) in die Kabine (1) förderbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (8) als Luft/Wasser-Wärmeübertrager ausgebildet ist und in einem Wasserkreislauf (18) zur Versorgung des Verdunsters (5) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in die Atmosphäre mün­ dender Fortluftkanal (10) mit einem Fördergebläse (11) vorgesehen ist, welcher einen weiteren Verdunster (15) aufweist und stromab des Verdunsters (15) mit dem Pri­ märkühlkreis (2) wärmeübertragend verbunden ist, vor­ zugsweise über einen Kreuzstrom-Wärmetauscher (12).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugseite (13) des Fortluftkanals (10) innerhalb der Kabine (1) liegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluftstrom (7) über eine Kabinenluftleitung (14) aus der Umgebung der Kabine (1) ansaugbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabinenluftleitung (14) in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher (8, 8') mit einem weiteren Wärmeübertrager versehen ist, der zur Kühlung der Zuluft (7) dient.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Wärmeübertrager andererseits von einem Fortluftstrom der Kabine beauf­ schlagt und mit einem Verdunster ausgestattet ist, der die Fortluft und somit indirekt die Zuluft kühlt.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdunster (5) des Pri­ märkühlkreises (2) in Kombination mit einem Wärmeüber­ trager innerhalb der Kabine (1) angeordnet ist.