DE19954190B4

DE19954190B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Kälte

Info

Publication number: DE19954190B4
Application number: DE19954190A
Authority: DE
Inventors: Stephan Sicars
Original assignee: Sicars Stephan Dipl-Ing
Current assignee: Sicars Stephan Dipl-Ing
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2019-11-12
Also published as: DE19954190A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung von Kälte, insbesondere zur Anwendung bei Schienenfahrzeugen, mit folgenden Merkmalen:
– beim Abbremsen des Fahrzeuges wird aus kinetischer Energie mittels eines Generators elektrische Energie erzeugt,
– ein in einem geschlossenen System strömendes Arbeitsmittel wird in einem Verdampfer unter Verwendung der elektrischen Energie verdampft,
– das dampfförmiges Arbeitsmittel wird dem Verdichtungsteil einer Kälteanlage zum Antrieb zugeführt.

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, zur Durchführung des Verfahrens mit einer Kälteanlage zur Erzeugung von Kälte.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der Offenlegungsschrift DE 197 41 312 A1 bekannt. Hintergrund ist die Nutzung der Bewegungsenergie 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 Innenraums 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 Anforderungen 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 durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung löst die Aufgabe ferner durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 19.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

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. Störungsanfällige 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 Bremswiderständen in elektrische Energie umgewandelt werden; die zusätzlichen Bremswiderstände 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 Fahrgastraum 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 Verdampfer 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 Ventilstellung 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 Abhängigkeit 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 Arbeitsmittel 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 Kondensatoren 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 mechanische 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.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
Die in der Fig. 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 Schienenfahrzeugs 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 4 weist im wesentlichen den Dampfstrahl-Dampfverdichter 8, den Kondensator 10, ein Expansionsorgan 20, einen Verdampfer 22 sowie Rohrleitungen 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 28 erzeugte Wärmeenergie zuführt wird. Der oder die Widerstände 28 können innerhalb eines geschlossenen 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 einen in der Nähe des Kondensators 10 angeordneten Bremswiderstand an die Umgebung abgeführt werden. Zweckmäßigerweise wird dabei der Bremswiderstand in dem den Kondensator 6 verlassenden Kühlluftstrom angeordnet.
Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verdampft das durch die Rohrleitung 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 Rohrleitung 15 ein, durch welche sie zum Antrieb der Kälteanlage in den Dampfstrahl-Dampfverdichter 8 eingeleitet wird. In dem Dampfstrahl-Dampfverdichter 8 erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsmittels aufgrund einer entsprechenden Gestaltung der Strömungsquerschnitte und verringert sich gleichzeitig der Druck des hindurchströmenden Arbeitsmittels, so daß sich im Nutz-Kreislauf 4 (d.h. der Kälteanlage) in der Rohrleitung 25 befindliches Arbeitsmittel in den Dampfstrahl-Dampfverdichter 8 eingesaugt wird.
Das aus dem Dampfstrahl-Dampfverdichter 8 austretende Gemisch aus Antriebs-Dampf aus Rohrleitung 15 und Kalt-Dampf aus Rohrleitung 25 wird in dem Kondensator 10, in das es z.B. mit einer Temperatur von 120° C eintritt, unter Verwendung von Umgebungsluft 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 Rohrleitung 17 aus dem Kondensator 10 aus.
Durch die zum Antriebs-Kreislauf 2 gehörende Rohrleitung 18 strömt das kondensierte Arbeitsmittel mit einem relativ geringen Druck von etwa 0,2 bar in die Kondensatpumpe 12 und wird von dieser gegen den Druck im Verdampfer 6 von etwa 10 bis 15 bar gefördert. Anschließend strömt das komprimierte Arbeitsmittel in flüs siger Form erneut in den Verdampfer 6 ein und wird dort erneut aufgrund der Wärmezufuhr verdampft.
In dem die Kälteanlage bildenden Nutz-Kreislauf 4 strömt das aus dem Kondensator 10 austretende Arbeitsmittel durch Rohrleitung 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 Expansionsorgan 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 die Rohrleitung 24 strömt das flüssige Arbeitsmittel in den Verdampfer 22, welcher mit einem Fahrgastraum verbunden ist. Typischerweise 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 22 zugeführten Luft handelt es sich typischerweise entweder um Umgebungsluft oder um die Luft des Fahrgastraumes. Das durch den Wärmestrom verdampfte Arbeitsmittel strömt dann durch Rohrleitung 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 Rohrleitung 25 ein Rückschlag-Ventil oder ein anderes Ventil geschaltet sein, welches eine Rückströmung des Arbeitsmittels in der Rohrleitung 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 mechanischer 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: Rohrleitungen
24: Rohrleitungen
25: Rohrleitungen
28: Widerstände

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Kälte, insbesondere zur Anwendung bei Schienenfahrzeugen, mit folgenden Merkmalen: – beim Abbremsen des Fahrzeuges wird aus kinetischer Energie mittels eines Generators elektrische Energie erzeugt, – ein in einem geschlossenen System strömendes Arbeitsmittel wird in einem Verdampfer unter Verwendung der elektrischen Energie verdampft, – das dampfförmiges Arbeitsmittel wird dem Verdichtungsteil einer Kälteanlage zum Antrieb zugeführt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfte Arbeitsmittel einem Dampfstrahl-Dampfverdichter (8) zum Verdichten des Arbeitsmittels der Kälteanlage zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 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.
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 Dampfstrahl-Dampfverdichter (8) und den Kondensator (10) durchströmt und daß das Arbeitsmittel in einem zweiten Teilstrom (Nutzkreislauf (4)) durch die Kälteanlage geführt wird und dabei den Kondensator (10), ein Expansionsorgan (20) sowie einen Verdampfer (22) zur Erzeugung von Kälte durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel in dem ersten Teilstrom von einer vorzugsweise mechanischen Pumpeinrichtung gefördert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel Wasser ist und gegebenenfalls mit Zusätzen versehen ist.
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.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung mittels eines Zweipunktreglers erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Kälteanlage zirkulierende Arbeitsmittel an einer Rückströmung von dem Dampfstrahl-Dampfverdichter (8) in den Verdampfer (22) durch ein zwischen diesen Bauteilen angeordnetes Rückschlagventil gehindert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Rückschlagsventils in Abhängigkeit von einem gemessenen Differenzdruck zwischen zwei unterschiedlichen Orten des Arbeitsmittels einstellbar ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsorgan (20) der Kälteanlage als stufenlos einstellbares Stellventil ausgebildet ist und die Stellung des Expansionsorgans (20) in Abhängigkeit von einem gemessenen Differenzdruck zwischen zwei unterschiedlichen Orten des Arbeitsmittels einstellbar und/oder einregelbar ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Expansionsorgans (20) in Abhängigkeit 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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsorgan (20) der Kälteanlage als stufenlos einstellbares Stellventil ausgebildet ist und die Stellung des Expansionsorgans (20) in Abhängigkeit von dem Füllstand des Arbeitsmittels in dem Verdampfer (22) der Kälteanlage geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsorgan (20) der Kälteanlage als stufenlos einstellbares Stellventil ausgebildet ist und die Stellung des Expansionsorgans (20) in Abhängigkeit von dem Zustand des Dampfes, vorzugsweise der Temperatur oder dem Dampfgehalt an einem Ort des Verdampfers (22) oder der Leitung (25) geregelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Widerstände (28) zusätzlich von einem mittels eines Gebläses erzeugten Luftstrom gekühlt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom von einem Gebläse des Kondensators (10) erzeugt wird.
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.
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 Energiespeicher verwendet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung von Kälte nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit – einem Antriebs-Kreislauf (2) mit einem durch beim Abbremsen des Fahrzeuges aus kinetischer Energie erzeugter elektrischer Energie beheizbaren Verdampfer (6), einem Dampfstrahl-Dampfverdichter (8), einem Kondensator (10) und einer Kondensatpumpe (12) und – einem die Kälteanlage bildenden und mit dem Antriebs-Kreislauf (2) gekoppelten Nutz-Kreislauf (4), der den Dampfstrahl-Dampfverdichter (8), den Kondensator (10), ein Expansionsorgan (20) sowie einen Verdampfer (22) zur Kälteerzeugung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdampfer (6) elektrische Widerstände (28) zur Umwandlung der elektrischen Energie in Wärmeenergie zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfstrahl-Dampfverdichter (8) durch das im Verdampfer (6) verdampfte Arbeitsmittel antreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, 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.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verdampfer (22) der Kälteanlage und dem Dampfstrahl-Dampfverdichter (8) ein weiteres Stellventil zum Einstellen der Durchflußmenge des Arbeitsmittels durch die Kälteanlage angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (10) mit einem Gebläse versehen ist, welches so relativ zu den elektrischen Widerständen (28) angeordnet ist, daß die Widerstände (28) von dem von dem Gebläse erzeugten Luftstrom überstrichen werden.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 19 bis 24, 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.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 25, 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.