DE19954190A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Kälte - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von KälteInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Kälte aus beim Abbremsen von Fahrzeugen aus kinetischer Energie gewonnener elektrischer Energie, insbesondere zur Anwendung in Schienenfahrzeugen, bei dem der Verdichtungsteil einer Kälteanlage zur Erzeugung von Kälte von beim Abbremsen mittels eines elektrischen Generators erzeugter elektischer Energie angetrieben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem geschlossenen System strömendes Arbeitsmittel in einem Verdampfer (6) unter Verwendung der elektrischen Energie verdampft wird und das verdampfte Arbeitsmittel dem Verdichtungsteil der Kälteanlage zum Antrieb zugeführt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich aus durch einen durch die elektrische Energie beheizbaren Verdampfer (6) zur Verdampfung eines Arbeitsmittels zum Antrieb eines Verdichtungsteils einer Kälteanlage.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte aus beim
Abbremsen von Fahrzeugen aus kinetischer Energie gewonnener elektrischer
Energie, insbesondere zur Anwendung in Schienenfahrzeugen, bei dem der
Verdichtungsteil einer Kälteanlage zur Erzeugung von Kälte von beim Abbremsen
mittels eines elektrischen Generators erzeugter elektrischer Energie angetrieben
wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte aus beim
Abbremsen von Fahrzeugen aus kinetischer Energie gewonnener elektrischer
Energie, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit einer Kälteanlage zur Erzeugung
von Kälte.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der Offenlegungs
schrift DE 197 41 312 A1 bekannt. Hintergrund ist die Nutzung der Bewegungs
energie von Fahrzeugen zur Kälte- oder Wärmeerzeugung, um den Fahrgastraum
des Fahrzeugs zu kühlen oder zu erwärmen oder ggf. zu klimatisieren. Bei
Fahrzeugen wie Schienenfahrzeugen, die eine große Masse aufweisen und häufig
aus verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten abgebremst werden müssen, ist
Bewegungsenergie oder kinetische Energie in erheblichen Mengen vorhanden. Diese
wird während des Bremsvorgangs mittels des Antriebssystems auf Generatoren
oder im Generatorbetrieb einsetzbare Antriebsmotoren übertragen und dort in
elektrische Energie umgewandelt.
Die entstehende elektrische Energie wird entweder in ein Netz oder eine Batterie
eingespeist oder in elektrischen Widerständen, sogenannten Bremswiderständen in
Wärmeenergie umgewandelt, welche in einigen Fällen zur Beheizung des Innen
raums eines Fahrzeugs verwendet wird, oder an die Umgebung abgegeben wird.
Bei dem aus der DE 197 41 312 A1 bekannten Verfahren wird die kinetische
Energie mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt. Der dabei
entstehende Strom wird durch einen nachgeschalteten Gleichrichter geglättet und
durch einen Umrichter in eine bestimmte Frequenz umgeformt. Die so umgeformte
elektrische Energie wird dann zum Antrieb eines zu einer Kälteanlage gehörenden
Elektromotors eingesetzt, welcher einen mechanischen Kompressor zur Verdichtung
des in der Kälteanlage verwendeten Arbeitsmittels antreibt.
Nachteilig bei dieser bekannten Vorgehensweise ist es, daß die elektrische Energie
mit verhältnismäßig hohem apperativen Aufwand gleichgerichtet und umgerichtet
werden muß, um den für den elektrischen Antriebsmotor notwendigen Anforderun
gen zu genügen. Der Gleichrichter, Umrichter und insbesondere der elektrische
Antriebsmotor unterliegen einem hohen Verschleiß. Darüber hinaus ist nachteilig,
daß bei einem zeitweisen Nichtvorhandensein der aus kinetischer Energie
gewonnenen elektrische Energie der Antriebsmotor für die Kälteanlage ausfällt, es
sei denn, daß in aufwendiger Weise aus einer Batterie oder anderen Stromquelle
elektrische Energie entnommen wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Erzeugung von Kälte aus elektrischer Energie bereitzustellen, die den Nachteil des
Standes der Technik vermeiden und mit geringem Aufwand und auf wartungsarme
Weise für eine Kälteerzeugung sorgen sollen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe beim Verfahren der eingangs genannten Art
dadurch, daß ein in einem geschlossenen System strömendes Arbeitsmittel in einem
Verdampfer unter Verwendung der elektrischen Energie verdampft wird und das
verdampfte Arbeitsmittel dem Verdichtungsteil der Kälteanlage zum Antrieb
zugeführt wird.
Die Erfindung löst die Aufgabe ferner bei einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art durch einen durch die elektrische Energie beheizbaren Verdampfer zur
Verdampfung eines Arbeitsmittels zum Antrieb eines Verdichtungsteils einer
Kälteanlage.
Die Vorteile der Erfindung liegen im wesentlichen darin, daß die aus kinetischer
Energie gewonnene elektrische Energie ohne aufwendige Umwandlung unmittelbar
zur Beheizung eines Verdampfers zur Verdampfung des Arbeitsmittels verwendet
wird und dieses Arbeitsmittel zum Antrieb der Kälteanlage eingesetzt wird, so daß
eine aufwendige Umwandlung und Umformung der gewonnenen elektrischen
Energie vermieden wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung
arbeiten zuverlässig und die Vorrichtung ist wartungsarm, da Verschleißteile,
insbesondere bewegliche Verschleißteile, wie sie beispielsweise in einem
Elektromotor vorhanden sind, erfindungsgemäß weitgehend vermieden werden. Die
elektrische Energie, welche beim Abbremsen von Fahrzeugen in großen Mengen
entsteht, kann auf einfache Weise nutzbar gemacht werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung resultiert aus der thermischen Trägheit des in dem
geschlossenen System strömenden Arbeitsmittels, in dem die gewonnene Energie
gespeichert ist. Selbst bei einem vorübergehenden Ausbleiben oder zeitlichen
Schwankungen der Zufuhr von elektrischer Energie wird das Arbeitsmittel jedenfalls
eine kurze Zeit lang weiterhin verdampft werden und somit zum Antrieb der
Kälteanlage zur Verfügung stehen. Außerdem steht im Verdampfer der Kälteanlage
ebenfalls ein Energiespeicher ("für Kälte") zur Verfügung. Dieser Energiespeicher
kann bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes des Arbeitsmittels betrieben
werden, so daß die Schmelzenthalpie des Arbeitsmittels zur Kältespeicherung
benutzt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird - naturgemäß - einen stark instationären
Charakter aufweisen, denn die anfallende elektrische Leistung aufgrund des
Abbremsens eines Schienenfahrzeuges fällt zeitlich schwankend an. Dies hat zur
Folge, daß die Zustandsgrößen des Arbeitsmittels, die Energieströme in den
einzelnen Aggregaten und die Mengenströme starken zeitlichen Schwankungen
unterworfen sein können. An derartige Schwankungen der Zustandsgrößen, wie
Druckschwankungen ist das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige
Vorrichtung angepaßt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeichnet sich dadurch aus, daß das verdampfte Arbeitsmittel einem Dampfstrahl-
Dampfverdichter zum Verdichten des Arbeitsmittels der Kälteanlage zugeführt wird.
Ein derartiger Dampfstrahl-Dampfverdichter weist in an sich bekannter Weise einen
Leitungsabschnitt auf, durch den erfindungsgemäß das verdampfte Arbeitsmittel mit
relativ hoher Geschwindigkeit strömt und dabei dampfförmiges Arbeitsmittel der
Kälteanlage durch einen mit dem Rohrabschnitt verbundenen Ansaugstutzen
ansaugt und verdichtet. Ein derartiger Dampfverdichter weist keine beweglichen
Teile auf, die einem Verschleiß unterliegen, und ist daher sehr wartungsarm. Die
Verdichtung erfolgt aufgrund von strömungsdynamischen Effekten. Störungsanfäl
lige mechanische Verdichter werden erfindungsgemäß vermieden.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus,
daß das Arbeitsmittel in einem geschlossenen Leitungssystem in einem Kreislauf
zirkuliert und nach dem Durchströmen des Dampfverdichters in einem Kondensator
vorzugsweise unter Abgabe von Wärme an die Umgebungsluft kondensiert und
anschließend erneut in den Verdampfer eingeleitet wird. Durch eine derartige
Kreislaufführung des Arbeitsmittels werden keine Stoffe an die Umgebung
abgegeben. Darüber hinaus nutzt ein solches System die thermische Trägheit aus
und sorgt auf diese Weise für einen "automatischen" Ausgleich von fahrtbedingten
Schwankungen der zugeführten elektrischen Energie.
Auf bevorzugte Weise wird die elektrische Energie durch dem Verdampfer
zugeordnete elektrische Widerstände in Wärmeenergie umgewandelt, die zur
Verdampfung des Arbeitsmittels verwendet wird, da auch hierbei keinerlei
bewegliche Teile benötigt werden. Für den Fall, daß ein Überschuß an elektrischer
Leistung zur Verfügung steht, kann diese Energie in zusätzlichen Bremswider
ständen in elektrische Energie umgewandelt werden; die zusätzlichen Bremswider
stände sind vorzugsweise den Lüftern der Kondensatoren der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zugeordnet, da dort Luftströme durch Gebläse erzeugt werden, die die
Bremswiderstände kühlen können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Arbeitsmittel in
einem ersten Teilstrom in einem Antriebs-Kreislauf geführt wird und dabei den mit
elektrischer Energie gespeisten Verdampfer, den Dampfverdichter und den
Kondensator durchströmt und daß das Arbeitsmittel in einem zweiten Teilstrom
durch die Kälteanlage geführt wird und dabei den Kondensator, ein Expansionsventil
sowie einen Verdampfer zur Erzeugung von Kälte durchströmt. Durch diese
Verfahrensführung entsteht ein vollständig geschlossenes System bestehend aus
einem Antriebskreislauf und einer Kälteanlage, deren Verdampfer in dem Fahr
gastraum eines Fahrzeugs angeordnet werden kann. Das Arbeitsmittel wird in dem
ersten Teilstrom von einer vorzugsweise mechanischen Pumpeinrichtung gefördert.
Ein besonders umweltverträgliches System und ein guter Wirkungsgrad ergibt sich
dadurch, daß das Arbeitsmittel Wasser ist, welches gegebenenfalls mit Zusätzen
wie Alkohol als Frostschutzmittel oder korrosionshemmenden Zusätzen versehen
ist. Im Antriebs-Kreislauf wird vor Eintritt in den Verdampfer auf einen Druck von
etwa 10 bis 15 bar gebracht und in dem zweiten Teilkreislauf im Bereich des
Verdampfers zur Kühlung ein Druck von in der Größenordnung von etwa 0,005 bis
0,015 bar mittels eines Expansionsorgans eingestellt wird. Selbstverständlich
können auch andere Arbeitsmittel verwendet und andere Drücke eingestellt werden.
Das Verfahren wird in vorteilhafter Weise weitergebildet, indem die dem Ver
dampfer zuzuführende elektrische Energie in Abhängigkeit von dem in dem
Verdampfer herrschenden Druck des Arbeitsmittels geregelt wird, um eine zu starke
oder zu geringe Energiezufuhr verhindern zu können. Die Regelung erfolgt auf
einfache Weise mittels eine Zweipunktreglers.
Das Expansionsorgan ist - gemäß einer Weiterbildung - ein stufenlos einstellbares
Stellventil, dessen Stellung in Abhängigkeit von einem gemessenen Differenzdruck
zwischen zwei unterschiedlichen Orten des Arbeitsmittels einstellbar und/oder
einregelbar ist. Als Orte zur Ermittlung der Druckdifferenz kommen vorzugsweise
der Verdampfer der Kälteanlage und der Kondensator oder der Umgebungsdruck in
Betracht. Auf diese Weise kann das Gesamtsystem beispielsweise in Abhängigkeit
von dem Differenzdruck des Arbeitsmittels zwischen dem kälteprozeßseitigen
Verdampfer und dem Kondensator geregelt werden. Alternativ wird die Ventil
stellung des Expansionsorgans in Abhängigkeit von Druckdifferenzen zwischen
Arbeitsmittel in dem Verdampfer der Kälteanlage und dem Umgebungsdruck oder
nach dem Absolutdruck im Verdampfer der Kälteanlage eingestellt. Darüber hinaus
könnte alternativ die Stellung des Expansionsventils in Abhängigkeit von dem
Füllstand des Arbeitsmittels in dem Verdampfer der Kälteanlage oder in Ab
hängigkeit von dem Zustand des Dampfes an einem in Strömungsrichtung am Ende
des Verdampfers der Kälteanlage oder im Verbindungsstück zwischen Verdampfer
der Kälteanlage und Verdichter gelegenen Ort, vorzugsweise der Temperatur oder
dem Dampfgehalt geregelt werden. Durch diese Regelungsmöglichkeiten wird ein
optimaler Wirkungsgrad in verschiedenen Betriebszuständen erzielbar.
Alternativ wäre denkbar, daß das Expansionsorgan als sogenanntes "fixed orifice"
Expansionsorgan ausgebildet ist. Als solches könnte z. Zt. ein einzelnes Kapillarrohr
verwendet werden. Alternativ ist vorgesehen, daß das Expansionsorgan wenigstens
zwei parallel geschaltete Kapillarrohre aufweist, die wahlweise aktivierbar bzw.
passivierbar sind. Schließlich kann das Expansionsorgan der Kälteanlage intermit
tierend in die Öffnungs- bzw. Schließstellung gebracht wird.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird vorgeschlagen, daß das in der Kälteanlage zirkulierende Arbeits
mittel an einer Rückströmung von dem Dampfverdichter in den Verdampfer durch
ein zwischen diesen Bauteilen angeordnetes Rückschlagventil gehindert wird. Das
Rückschlag- oder Ein-Wege-Ventil wird durch den Differenzdruck zwischen dem
Verdampfer und dem Eintritt des Dampfverdichters oder durch die Geschwindigkeit
des hindurchströmenden Dampfes betätigt.
Eine weitere alternative Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die
elektrischen Widerstände zusätzlich von einem mittels eines Gebläses erzeugten
Luftstrom gekühlt werden. Der Kondensator enthält ein solches Gebläse und kann
so relativ zu den Bremswiderständen angeordnet werden, daß diese durch den
Luftstrom des Gebläses gekühlt werden, wobei darauf zu achten ist, daß durch
geeignete Wärmeübertragungsreduktionsmittel wie Isolierschichten und/oder
Reflektoren und/oder geeignete Luftführung keine oder nur wenig Wärme von den
Bremswiderständen auf den Kondensator übertragen wird.
Um zeitliche Schwankungen der zugeführten elektrischen Leistung noch besser
ausgleichen zu können, wird vorgeschlagen, daß die elektrische Energie vor
Umwandlung in thermische Energie in dem Verdampfer in elektrischen Kon
densatoren gespeichert und zeitlich verzögert zur Verdampfung des Arbeitsmittels
umgewandelt wird.
Alternativ kann zur Speicherung der elektrischen Energie diese zunächst mit Hilfe
eines Elektromotors in mechanische Energie umgewandelt werden und die mechani
sche Energie zum Antrieb einer rotierenden Schwungmasse als Energiespeicher
verwendet werden. Vorzugsweise ist die Schwungmasse an einem rotierenden
Bauteil eines Lüfters des Kondensators, des den elektrischen Widerständen
zugeordneten Verdampfers oder des Ventilators des Verdampfers der Kälteanlage
zugeordnet. Als Elektromotor zum Rotieren der die Schwungmassen aufweisenden
Bauteile wird vorzugsweise der Antriebsmotor für den Lüfter des Kondensators oder
der Verdampfer eingesetzt.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielbaren Vorteile ergeben sich
gleichermaßen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, so daß zur Vermeidung von
Wiederholungen auf die obigen Beschreibungen Bezug genommen wird. Vorteilhafte
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens sind in
den Unteransprüchen definiert.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
Die in der Figur dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Antriebs-
Kreislauf 2 und einen mit dem Antriebs-Kreislauf 2 gekoppelten Nutz-Kreislauf 4
auf, welcher die Kälteanlage zur Kühlung eines Fahrgastraumes eines Schienenfahr
zeugs oder dergleichen bildet. Der Antriebs-Kreislauf 2 weist als wesentliche
Komponenten einen Verdampfer 6 zur Verdampfung eines Arbeitsmittels,
vorzugsweise Wasser, einen Dampfstrahl-Dampfverdichter 8, einen durch
Umgebungsluft gekühlten Kondensator 10 sowie eine Kondensatpumpe 12 auf; die
vorgenannten Komponenten sind durch Rohrleitungen 14, 15, 16, 17, 18
miteinander verbunden, so daß das Arbeitsmittel insgesamt in einem geschlossenen
Leitungssystem angeordnet ist und in diesen strömen kann. Der Nutz-Kreislauf
weist im wesentlichen den Dampfverdichter 8, den Kondensator 10, ein Expan
sionsorgan 20, einen Verdampfer 22 sowie Leitungen 16, 17, 23, 24, 25 auf. Das
Arbeitsmittel kann mit korosions- oder gefrierhemmenden Zusätzen versehen sein.
Dem antriebseitigen Verdampfer 6 ist mindestens ein elektrischer Widerstand 28,
der als Bremswiderstand bezeichnet wird, zugeordnet, so daß dem durch den
Verdampfer 6 strömenden Arbeitsmittel in den Widerständen erzeugte Wärmeener
gie zuführt wird. Der oder die Widerstände 28 können innerhalb eines geschlosse
nen Verdampfergehäuses angeordnet sein. Die Widerstände 28 werden durch
elektrische Leitungen von einem elektrischen Generator oder einem generatorisch
betriebenen Elektromotor während des Abbremsens des Schienenfahrzeugs mit
elektrischer Energie gespeist. Sollte es aus betriebstechnischen Gründen erforderlich
sein, in der Anlage mehr elektrische Leistung aus Bremsenergie aufzunehmen, als
im Verdampfer 6 umgesetzt werden kann, kann diese Leistung über in der Nähe des
Kondensators 10 angeordneten Widerstand 27, der ebenfalls als Bremswiderstand
bezeichnet wird, an die Umgebung abgeführt werden. Zweckmäßigerweise wird
dabei der Bremswiderstand 27 in dem den Kondensator 6 verlassenden Kühlluft
strom angeordnet.
Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verdampft das
durch die Leitung 14 in den Verdampfer 6 eintretende Arbeitsmittel aufgrund der
Energiezufuhr und tritt als Dampf mit einem Druck von vorzugsweise 10 bis 15 bar
und einer Temperatur von ca. 190°C in die Leitung 15 ein, durch welche sie zum
Antrieb der Kälteanlage in den Dampfstrahl-Dampfverdichter 8 eingeleitet wird. In
den Dampfverdichter 8 erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeits
mittels aufgrund einer entsprechenden Gestaltung der Strömungsquerschnitte und
verringert sich gleichzeitig der Druck des hindurchströmenden Arbeitsmittels, so daß
in dem Kreislauf 4 (d. h. der Kälteanlage) in der Leitung 25 befindliches Arbeitsmittel
in den Dampfverdichter 8 eingesaugt wird.
Das aus dem Dampfverdichter 8 austretende Gemisch aus Antriebs-Dampf aus
Leitung 15 und Kalt-Dampf aus Leitung 25 wird in dem Kondensator 10, in das es
z. B. mit einer Temperatur von 120°C eintritt, unter Verwendung von Umgebungs
luft gekühlt, so daß dem in der Kälteanlage strömenden Arbeitsmittel Wärme
entzogen und an die Umgebung abgegeben wird. Dabei verflüssigt sich das
Gemisch und strömt durch die Leitung 17 aus dem Kondensator 10 aus.
Durch die zum Antriebs-Kreislauf 2 gehörende Leitung 18 strömt das kondensierte
Arbeitsmittel mit einem relativ geringen Druck von etwa 0,2 bar in die Kondensat-
Pumpe 12 und wird von dieser gegen den Druck im Verdampfer 6 von etwa 10 bis
15 bar gefördert. Anschließend strömt das komprimierte Arbeitsmittel in flüssiger
Form erneut in den Verdampfer 6 ein und wird dort erneut aufgrund der Wärmezu
fuhr verdampft.
In dem die Kälteanlage bildenden Nutz-Kreislauf 4 strömt das aus dem Kondensator
10 austretende Arbeitsmittel durch Leitung 23 in ein gegebenenfalls einstellbares
Expansionsorgan 20, dessen Ventilstellung gegebenenfalls beispielsweise
elektromotorisch variierbar und durch eine nicht dargestellte Steuerungs- und
Regelungseinrichtung einstellbar ist.
Der durch den Nutz-Kreislauf 4 strömende Teilmassenstrom wird in dem Expan
sionsorgan 20 auf einen geringen Druck im Bereich von zwischen etwa 0,005 und
0,015 bar expandiert und kühlt dabei stark ab auf Temperaturen im Bereich
zwischen etwa -5°C und 10°C. Durch Leitung 24 strömt das flüssige Arbeitsmittel
in den Verdampfer 22, welcher mit einem Fahrgastraum verbunden ist. Typischer
weise wird durch einen oder mehrere Ventilatoren Luft zum Verdampfer 22 geführt
und gibt dort einen Wärmestrom an den Verdampfer 22 ab. Die Luft wird dadurch
abgekühlt. Diese abgekühlte Luft wird dem Fahrgastraum zugeführt, der dadurch
gekühlt wird. Bei der dem Verdampfer zugeführten Luft handelt es sich typischer
weise entweder um Umgebungsluft oder um die Luft des Fahrgastraumes. Das
durch den Wärmestrom verdampfte Arbeitsmittel strömt dann durch Leitung 25 mit
einer erhöhten Temperatur um beispielsweise 8 K (Kelvin) in den Dampfstrahl-
Dampfverdichter 8 ein, wo es verdichtet und auf eine erhöhte Temperatur gebracht
wird.
In nicht dargestellter Weise kann in die Leitung 25 ein Rückschlag-Ventil oder ein
anderes Ventil geschaltet sein, welches eine Rückströmung des Arbeitsmittels in
der Leitung 25 in Richtung auf den Verdampfer verhindert. Dieses Ventil gelangt in
die Schließstellung, wenn z. B. der Differenzdruck zwischen Eintritt in den Verdichter
8 und dem Austritt aus dem Verdampfer 22 einen bestimmten Wert unterschreitet
oder alternativ, wenn die Geschwindigkeit des durch das Ventil strömende
Arbeitsmittel einen bestimmten Wert unterschreitet.
Dem Kondensator 10 und dem Verdampfer 22 sind jeweils in an sich bekannter
Weise ein Gebläse oder ein Lüfter zugeordnet, so daß Umgebungsluft angesaugt
und an den Wärmeübertragungsflächen vorbeigeleitet wird. Rotierenden Bauteilen
innerhalb dieser Lüfter können zusätzliche Schwungmassen zugeordnet sein, um
mechanische Energie speichern zu können. Hierzu werden die als Elektromotore
ausgebildeten Antriebsmotoren der Lüfter zum Rotieren der rotierbaren Bauteile der
Lüfter mit beim Abbremsen des Schienenfahrzeugs anfallender elektrischer Energie
angetrieben. Auf diese Weise kann überschüssige elektrische Energie in mechani
scher Form in den Schwungmassen der Lüfter gespeichert werden. Alternativ kann
elektrische Energie zusätzlich in elektrischen Kondensatoren gespeichert werden,
die ihre Leistung zeitlich verzögert an die Antriebsmotoren der Lüfter abgeben.
2
Antriebs-Kreislauf
4
Nutz-Kreislauf
6
Verdampfer
8
Dampfstrahl-Dampfverdichter
10
Kondensator
12
Kondensatpumpe
14
Rohrleitungen
15
Rohrleitungen
16
Rohrleitungen
17
Rohrleitungen
18
Rohrleitungen
20
Expansionsorgan
22
Verdampfer
23
Leitungen
24
Leitungen
25
Leitungen
27
Widerstände
28
Widerstände
Claims (35)
1. Verfahren zur Erzeugung von Kälte aus beim Abbremsen von Fahrzeugen aus
kinetischer Energie gewonnener elektrischer Energie, insbesondere zur Anwendung
in Schienenfahrzeugen,
bei dem der Verdichtungsteil einer Kälteanlage zur Erzeugung von Kälte von beim
Abbremsen mittels eines elektrischen Generators erzeugter elektrischer Energie
angetrieben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem geschlossenen System strömendes
Arbeitsmittel in einem Verdampfer (6) unter Verwendung der elektrischen Energie
verdampft wird und das verdampfte Arbeitsmittel dem Verdichtungsteil der
Kälteanlage zum Antrieb zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfte Arbeitsmittel einem Dampfstrahl-
Dampfverdichter (8) zum Verdichten des Arbeitsmittels der Kälteanlage zugeführt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel in einem geschlossenen Leitungs
system in einem Kreislauf (2) zirkuliert und nach dem Durchströmen des Dampfver
dichters (8) in einem Kondensator (10) kondensiert und anschließend erneut in den
Verdampfer (6) eingeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie durch dem Verdampfer (6)
zugeordnete elektrische Widerstände (28) in Wärmeenergie umgewandelt wird, die
zur Verdampfung des Arbeitsmittels verwendet wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel in einem ersten Teilstrom in einem
Antriebs-Kreislauf (2) geführt wird und dabei den mit elektrischer Energie gespeisten
Verdampfer (6), den Dampfverdichter (8) und den Kondensator (10) durchströmt
und daß das Arbeitsmittel in einem zweiten Teilstrom durch die Kälteanlage geführt
wird und dabei den Kondensator (10), ein Expansionsorgan (20) sowie einen
Verdampfer (22) zur Erzeugung von Kälte durchströmt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel in dem ersten Teilstrom von einer
vorzugsweisen mechanischen Pumpeinrichtung gefördert wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel Wasser ist und gegebenenfalls mit
Zusätzen versehen ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die dem Verdampfer (6) zuzuführende elektrische
Energie in Abhängigkeit von dem in dem Verdampfer (6) herrschenden Druck des
Arbeitsmittels geregelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung mittels eines Zweipunktreglers erfolgt.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das in der Kälteanlage zirkulierende Arbeitsmittel an
einer Rückströmung von dem Dampfverdichter (8) in den Verdampfer (22) durch ein
zwischen diesen Bauteilen angeordnetes Rückschlagventil gehindert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Rückschlagsventils in Abhängigkeit
von einem gemessenen Differenzdruck zwischen zwei unterschiedlichen Orten des
Arbeitsmittels einstellbar ist.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 1 l,
dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsorgan (20) der Kälteanlage als
stufenlos einstellbares Stellventil ausgebildet ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Expansionsorgans (20) in Ab
hängigkeit von einem gemessenen Differenzdruck zwischen zwei unterschiedlichen
Orten des Arbeitsmittels einstellbar und/oder einregelbar ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Expansionsorgans (20) in Ab
hängigkeit von Druckdifferenzen im Arbeitsmittel zwischen dem Verdampfer (22)
der Kälteanlage und dem Kondensator (10) bzw. zwischen dem Verdampfer (22)
der Kälteanlage und dem Umgebungsdruck eingestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Expansionsorgans (20) in Ab
hängigkeit von dem Füllstand des Arbeitsmittels in dem Verdampfer (22) der
Kälteanlage geregelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Expansionsorgans (20) in Ab
hängigkeit von dem Zustand des Dampfes, vorzugsweise der Temperatur oder dem
Dampfgehalt an einem Ort des Verdampfers (22) oder der Leitung (25) geregelt
wird.
17. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsorgan (20) wenigstens zwei parallel
geschaltete Kapillarrohre aufweist, die wahlweise aktivierbar bzw. passivierbar sind.
18. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsorgan (20) der Kälteanlage intermit
tierend in die Öffnungs- bzw. Schließstellung gebracht wird.
19. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsorgan (20) als sogenanntes "fixed
orifice" Expansionsorgan ausgebildet ist.
20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Widerstände (27, 28) zusätzlich von
einem mittels eines Gebläses erzeugten Luftstrom gekühlt werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom von einem Gebläse des Kondensators
(10) erzeugt wird.
22. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie vor Umwandlung in thermische
Energie in dem Verdampfer (6) in elektrischen Kondensatoren gespeichert und
zeitlich verzögert zur Verdampfung des Arbeitsmittels den Widerständen (28)
zugeleitet wird.
23. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die anfallende elektrische Energie ganz oder teilweise
mit Hilfe eines Elektromotors in mechanische Energie umgewandelt wird und die
mechanische Energie zum Antrieb einer rotierenden Schwungmasse als Energiespei
cher verwendet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmasse an einem rotierenden Bauteil eines
Lüfters des Kondensators (10) angeordnet ist.
25. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor der Antriebsmotor für den Lüfter
eines Kondensators (10) oder eines Gebläses ist.
26. Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte aus beim Abbremsen von Fahrzeugen
aus kinetischer Energie gewonnener elektrischer Energie, insbesondere für
Schienenfahrzeuge und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der
vorstehenden Ansprüche,
mit einer Kälteanlage zur Erzeugung von Kälte,
gekennzeichnet durch einen durch die elektrische Energie beheizbaren Verdampfer
(6) zur Verdampfung eines Arbeitsmittels zum Antrieb eines Verdichtungsteils einer
Kälteanlage.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfte Arbeitsmittel durch ein geschlossenes
Leitungssystem dem Verdichtungsteil der Kälteanlage zugeführt wird.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27,
gekennzeichnet durch einen mit dem Leitungssystem verbundenen Dampfstrahl-
Dampfverdichter (8), der von dem verdampften Arbeitsmittel gespeist wird, um das
Arbeitsmittel der Kälteanlage zu verdichten.
29. Vorrichtung nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Verdampfer (6) elektrische Widerstände (28) zur
Umwandlung der elektrischen Energie in Wärmeenergie zugeordnet sind.
30. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Antriebs-Kreislauf (2), der den Verdampfer (6), den Dampfverdichter (8), einen Kondensator (10) und eine Kondensatpumpe (12) umfaßt,
und durch einen die Kälteanlage bildenden, mit dem Antriebs-Kreislauf (2) gekoppelten Nutz-Kreislauf (4), der den Dampfverdichter (8), den Kondensator (10), ein Expansionsorgan (20) sowie einen Verdampfer (22) zur Kälterzeugung aufweist.
gekennzeichnet durch einen Antriebs-Kreislauf (2), der den Verdampfer (6), den Dampfverdichter (8), einen Kondensator (10) und eine Kondensatpumpe (12) umfaßt,
und durch einen die Kälteanlage bildenden, mit dem Antriebs-Kreislauf (2) gekoppelten Nutz-Kreislauf (4), der den Dampfverdichter (8), den Kondensator (10), ein Expansionsorgan (20) sowie einen Verdampfer (22) zur Kälterzeugung aufweist.
31. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsorgan (20) als in seiner Stellung
einstellbares Stellventil ausgebildet und mit einem Regler gekoppelt ist, so daß das
Stellventil steuerbar ist.
32. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verdampfer (22) der Kälteanlage und
dem Dampfverdichter (8) ein weiteres Stellventil zum Einstellen der Durchflußmenge
des Arbeitsmittels durch die Kälteanlage angeordnet ist.
33. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (10) mit einem Gebläse versehen ist,
welches so relativ zu den elektrischen Widerständen (27, 28) angeordnet ist, daß
die Widerstände (27, 28) von dem von dem Gebläse erzeugten Luftstrom
überstrichen werden.
34. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Anspüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (6), der Kondensator (10) und/oder
der Verdampfer (22) der Kälteanlage ein Gebläse aufweist und ein rotierendes
Bauteil des Gebläses mit einer mechanischen Schwungmasse versehen ist zur
Speicherung von mechanischer Energie.
35. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Verdampfer (6) des Antriebs-Kreislaufs (2) ein
mit einem schmelzbaren oder verdampfbaren Material befüllbaren Behälter
zugeordnet ist, in dem Phasenwechselenergie des Materials gespeichert werden
kann.
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DE (1) | DE19954190B4 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005014365A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-02-17 | Adam Ringer | Air conditioning of vehicles traveling through closed spaces |
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1999
- 1999-11-11 DE DE19954190A patent/DE19954190B4/de not_active Expired - Fee Related
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---|---|
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