DE2519371C2 - Vorrichtung zum Kühlen für Klimatisierungszwecke - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeitsmittel am Kompressionsteil-Einlaß (41,41', 41", 41a, 41 ty in an sich bekannter Weise durch Einspritzmittel (92,92', 92", 92a, 926; ein Zusatzmedium hoher Wärmekapazität und hoher Verdampfungswärme ^:ii Tröpfchenform zugeführt wird, und daß zusätzlich dem Arbeitsmittel auch am Expansionsteil-Einlaß (43.43', 43", 43a, 436; das Zusatzmedium gesättigt oder übersättigt zugeführt wird, wodurch das Zusatzmedium dtm Arbeitsmittel im Kompressionsteil Wärme entzieht und im Expansionsteil Wärme zuführt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel Luft und das Zusatzmedium Wasser ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abführen des im ersten Wärmetauscher (45, 45a, 450; infolge der Abkühlung angesammelten flüssigen Zusatzmediums einen Sumpf (86, 86', 86a; und eine mit diesem verbundene Rückströmleitung (91, 91", 91a; umfassen, welche vom Sumpf zu den Einspritzmitteln (92, 92', 92", 92a; führt und das flüssige Zusatzmedium unter Druck den Einspritzmitteln zuführt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Durchflußmenge des Zusatzmediums durch die Einspritzmittel ein Drosselventil (93, 93") in der Rückströmleitung (91, 91") vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückströmleitung (91) mit Mitteln (110,111,112,113,114, 115; 127,128,129) versehen ist, die gewährleisten, daß das Zusatzmedium nur in flüssiger Form in die Rückströmleitung gelangt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmedium ein in ihm lösliches oder mit ihm mischbares Schmiermittel für die Rotorflügel (21 bis 30, 21a bis 30a; enthält.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch einen Wasserbehälter (145), durch Mittel (146,147) zur Abgabe einer abgemessenen Wassermenge aus der Quelle an die Einspritzmittel {92b), mit denen Wasser während eines kurzen Zeitraumes derart zuführbar ist, daß die in den Kompressionsbereich eintretende Luft stark übersättigt wird und man einen zeitlichen Anstieg der Kühlkapazität der Einheit erhält, und durch von Hand betätigbare Mittel (142, i43) zum Betätigen der Abgabemittel (146,147).

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen für Klimatisierungszwecke, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben ist

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 21 55 719 bekannt. Diese arbeitet an sich zufriedenstellend, jedoch liegt bei Verwendung eines nicht kondensierbaren Arbeitsmediums, wie z.B. Luft, der Wirkungsgrad (Kältegrad) dieser bekannten Kühlvorrichtung bei relativ niedrigen Werten. Dementsprechend muß zur Erzielung einer bestimmten Kühlleistung eine hohe mechanische Leistung aufgebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung im Hinblick auf ihren Wirkungsgrad (Kältegrad) zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die Merkmale gelöst, die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben sind.

Durch das Einsprühen eines Zusatzsmediums in Tröpfchenform am Kompressoreinlaß wird in vorteilhafter Weise die für die Kompression erforderliche Energie reduziert, so daß insgesamt die Antriebsenergie für die Kompressions- und Expansionseinheit verringert wird.

Es ist zwar an sich bereits bekannt, die Temperaturerhöhung des komprimierten, gasförmigen Arbeitsmediums dadurch herabzusetzen, daß der Kompressionseinheit im Augenblick des Kemprei^ionshubes Wasser zugegeben wird (DE-PS 52 528). Dadurch vorteilhaft den Wirkungsgrad einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu verbessern, konnte jedoch nicht angeregt werden.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung wurden die durch die Flügel des Rotors gebildeten Kammern gegenüber der Gehäuseinnenwand durch einen Wasserring abgedichtet Das Wasser sollte bei dieser bekannten Vorrichtung ausschließlich der Abdichtung der Kammern dienen, eine Erhöhung des Wirkungsgrades war damit weder beabsichtigt noch erreichbar. Insbesondere ergibt sich bei dieser bekannten Ausges^faltung ein thermischer Kurzschluß zwischen Kompressions- und Expansionsseite, so daß der Wirkungsgrad außerordentlich niedrig ist (US-PS 21 97 492).

Bei einem Verfahren zur Erzeugung sehr tiefer Temperaturen war es bereits bekannt, ein Gemisch von zwei verschiedenen Kühlmitteln gemeinsam zu komprimieren und anschließend durch Kondensation einen Teil des Kältemittelgemisches wieder dem Kompressionseinlaß zuzuführen (DE-OS 20 49 181).

Bei diesem auf dem Gebiet der Tieftemperaturerzeugung liegenden Verfahren wurde darauf geachtet, daß das durch Kondensation abgeschiedene Kühlmittel dem Kompressionseinlaß dampfförmig zugeführt wird. Dazu wurde dieses Kühlmittel vor dem Eintritt in den Kompressionseinlaß durch einen entsprechenden Wärmetauscher geleitet. Eine Ausnutzung der Verdamp-

fungswärme des Flüssigen Kühlmittels zum Zwecke der Wirkungsgradsteigerung des Kreisprozesses konnte daher nicht ausgenutzt werden.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung fein verteilte Tröpfchen in das in den Einlaß der Kompressionseinheit einströmende Gas gesprüht werden, kann man die Zustandsänderung des Zusatzmediums, die sowoh! in der Kompressions- als auch in der Expansionseinheit auftritt, ausnutzen, um die Antriebsenergie eines Rotors in einer kombinierten Kampressions- und Expansionseinheit erheblich zu reduzieren. Hierdurch ii.3t sich eine merkliche Steigerung des Wirkungsgrades (Kältegrades) der Anlage erzielen. Durch das Einsprühen der fein verteilten Tropfen des Zusatzmediums wird eine starke Übersättigung des Gases erzielt Überschüssiges Medium wird durch Aufsammlung und Kondensation im Wärmetauscher entfernt Hieran schließt sich eine Kondensation im Expansionsteil an, wo das Zusatzmedium zunächst im Dampfzustand vorliegt.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, ein Zusatzmcdiurn von hoher Wärmekapazität zu verwenden, und einen Überschuß dieses Mediums zum Kompressionsteil zurückzirkulieren zu lassen.

Die im Wärmetauscher auftretende Kondensation und die Anwesenheit des Zusatzmediums, welches in flüssiger Form durch den Kompressionsteil hindurchgeführt wird, verbessert auch die Geschwindigkeit des Wärmeaustausches.

Besonders vorteilhaft arbeitet die Vorrichtung, wenn Luft als ihr eigenes Kühlmittel verwendet wird, wobei die gekühlte Luft in einen geschlossenen Raum eingespeist wird, in dem Wasser in die eintretende Luft gesprüht wird, um auf diese Weise den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu erhöhen. Das Wasser wird jedoch, nachdem es seinen Zwecke erfüllt hat, bei niederer Temperatur wieder entfernt, um ab da relativ trockene Luft in den geschlossenen Raum einzuspeisen. In Gebieten geringer Luftfeuchtigkeit kann die Kaltluft direkt und ohne Entfernung der zugegebenen Feuchtigkeit eingespt.st werden, weil dies komfortabler ist.

Erfindungsgemäße Vorrichtungen lassen sich mit geringeren Kosten als herkömmliche Klimaanlagen herstellen. Sie besitzen trotzdem einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Systeme, sie weisen eine hohe Kühlleistung auf, können automatisch betrieben werden, sind von kompaktem Aufbau und eignen sich insbesondere für eine Anwendung in Automobilen u. dgl.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der weiteren Erläuterung. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Querschnittsansicht, teilweise entlang der Linie 1-1 in Fig. la, einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung in »offener Bauweise«, wobei Luft als Kühlgas und Wasser als Zusatzmedium verwendet werden und Mittel vorgesehen sind, um die in einen geschlossenen Raum eingespeiste Luft zu entfeuchten und zu temperieren;

Fig. la eine horizontale Teilschnittansicht entlang der Linie la-la in Fig. 1;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Filters entlang der Linie 2-2in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Ansicht vereinfacht dargestellter Mittel, die gewährleisten, daß Flüssigkeit in der Rückströmleitung vorhanden und die kondensierte Flüssigkeit im Sumpf automatisch eine maximale Höhe nicht übersteigt;

Fie.4 eine alternative Ausführungsform von Sprühir.itteln zum Einbringen eines Überschusses an fein verteilten Tröpfchen, wobei diese Sprühmittel insbesondere bei Abwesenheit von Rezirkulationsaiganen Anwendung finden können;
Fig.5 eine Teilschnittansicht eines Sumpfes mit

ίο kondensierter Flüssigkeit und einer zusammen mit der Anordnung gemäß Fig.4 verwendbaren Überflußsteuerung;

F i g. 5a eine Verschließeinrichtung für eine Rückströmleitung;

F i g. 6 eine schematische Ansicht ähnlich F i g. 1 einer einfacheren Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei welcher dem Wärmetauscher kondensierte Feuchtigkeit durch die Saugwirkung der Expansionseinheit entnommen wird;

F i g. 7 die Einsprühung von Wasser in den Auslaß der Expansionseinheit;

Fig.8 eine Querschninsansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit Kühlsystem in »geschlossener Bauweise«, bei welcher ein Gas, überschüssiges Zusatzmedium und gegebenenfalls Schmiermittel gegenüber der Atmosphäre abgedichtet sind und kontinuierlich rezirkulieren und

F i g. 9 eine schematische Darstellung von Mitteln zur Injizierung einer Wasserladung zur kräftigen und raschen Abkühlung und Anfeuchtung.

Fig. 1 zeigt eine Kompressions-Expansions-Einheit 10 mit einem Maschinengehäuse 11, in dem eine von einer Wand 12 umgebene Kammer ovalen Querschnitts ausgebildet ist. Die Kammer ist an ihren beiden Stirnseiten durch (nicht dargestellte) Endstücke verschlossen, wie dies in der US-Patentanmeldung Ser. No. 4 00 965 vom 26. September 1973 beschrieben ist In den Endstücken ist ein Rotor 20 gelagert mit radial gerichteten, gleitbaren Flügeln, z. B. zehn, die mit den Bezugszeichen 21 bis 30 bezeichnet sind. Eine Welle 32 des Rotors ist von Lagern in den Endstücken gehalten, die Welle 32 selbst ist mit einer Antriebsquelle 33 verbunden, beispielsweise dem Motor eines Kraftfahrzeugs, und wird mit einer Drehzahl zwischen etwa 650 und 4000 U/min angetrieben. Die Flügel werden in den ihnen zugeordneten Schlitzen durch zentiifugale Kräfte insgesamt nach außen gedrückt und bilden auf diese Weise abgeschlossene Kammern 21' bis 30', die beim Umlauf des Rotors Volumenveränderungen erfahren.

so Die Flügel können durch in Nockenlaufbahnen abrollende Rollen geführt sein. Ein endloses Federband 34, welches an den inneren Kanten jedes Flügels angreift, kann eine zusätzliche Vorspannung vermitteln.
Untf.r der Annahme, daß der Rotor 20 in Pfeilrichtung umläuft, wirkt die linke Hälfte der Einheit 10 als Kompressionsteil mi; Einlaß 41 und Auslaß 42 während die rechte Seite als Expansionsteil mit Einlaß 43 und Auslaß 44 arbeite'. An den Auslaß 42 und den Einlaß 43 ist zwischen Kompressions- und Expansionsteil ein erster Wärmetauscher 45 angeschlossen, welcher dazu dient, die Kompressionswärme abzuleiten. Dieser Wärmetauscher ist von dem zu kühlenden Raum "soliert. Der Wirkungsgrad des Wärmetauschers 45 läßt sich durch ein motorgetriebenes Gebläse 46 (Fig. la) verbessern.

An der. Auslaß 44 des Expansionsteils ist zur Aufnahme der erzeugten Kaltluft eine Auslaße:nr..istung 50 angeschlossen, die eine Reihe verschiedener

Funktionen ausübt. Sie dient in erster Linie als Wärmetauscher, um der Umgebungsluft, bevor diese in den zu klimatisierenden Raum eingespeist wird, Wärme zu entziehen, um so die eingespeiste Luft entsprechend zu temperieren. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung erfolgt dies durch Vermischung der Umgebungsluft mit der aus dem Expansionsteil ausströmenden Luft. Die vermischte Luft wird durch Auslaßöffnungen 51, 52 in den zu klimatisierenden Raum überführt. Zu diesem Zweck hat die Auslaßvorrichtung eine Mischkammer 53 mit einem offenen Einlaßende 54 und einem Gebläse 55, das von einem Motor 56 getrieben ist. Das Gebläse 55 weist vorzugsweise eine Gebläsewalze auf, während der Motor 56 als Kurzschlußankermotor ausgebildet ist. Die vom Gebläse abgegebene Luft gelangt durch einen Verbindungskanal in eine Kammer 57, aus welcher sie durch die Auslaßöffnungen 51,52, austritt.

Im Weg der Kaltluft von dem Expansionsteil zur Mischkammer 53 ist ein poröser Feuchtigkeitsabscheider 60 angeordnet, der beispielsweise aus gesintertem Metall bestehen und eine Vielzahl von Poren aufweisen kann, durch die hindurch die Kaltluft strömt, wobei in letzterer enthaltene Eisstückchen oder Feuchtigkeit in flüssiger Form zurückgehalten werden. Der poröse Feuchtigkeitsabscheider 60 ist thermisch an die wärmere, eintretende Umgebungsluft durch in Längsrichtung verlaufende Rippen 61 (Fig. 2) angekoppelt. Die Kaltluft aus dem Expansionsteil wird an das links gelegene Ende des Abscheiders 60 durch eine Leitung 62 herangeführt. Das rechts gelegene Ende des Abscheiders 60 ist geschlossen. Wenn die Leitung 62 isoliert und/oder kurz ausgebildet ist, und wenn die von dem Expansionsteil abgegebene Kaltluft kalter als O⁰C ist, werden Eisstückchen von der in den Abscheider 60 eintretenden Luft mitgeführt. Wegen der ständigen Erwärmung des Abscheiders 60 durch die einströmende Umgebungsluft werden die Eisstückchen jedoch geschmolzen und bilden ein Kondensat, welches zum Boden 63 des Abscheiders abfließt (F i g. 2).

Es sind Mittel vorgesehen, um in das Gas, vorzugsweise Luft, welches in den Einlaß des Kompressionsteils eintritt, ein Zusatzmedium, vorzugsweise Wasser, in Form fein verteilter Tröpfchen zu injizieren, welches durch den Gas- oder Luftstrom mitgenommen wird. Das Wasser wird im Überschuß zugegeben. Unter »Überschuß« versteht man, daß die Gesamtmenge an Wasser in der einströmenden Luft diejenige Menge übersteigt, welche bei der vorliegenden Temperatur, z. B. 26,7° C, in Dampf form gehalten werden kann. Das in der Luft pro Volumeneinheit enthaltene Wasser kann die Wassermenge, welche bei dieser Temperatur durch die Luft in Dampfform gehalten werden kann, bis zum Zwei- oder Mehrfachen übersteigen. Die Beschickung der einströmenden Luft mit mehr Feuchtigkeit, als sie in Form voll gelösten Dampfes halten kann, wird im folgenden als Übersättigung bezeichnet. Es liegt im Bereich der Erfindung. Wasser selbst in so großem Überschuß einzusprühen, daß das Gewicht des Wassers gleich dem Gewicht der Luft ist.

Wenn das Wasser in den Einlaß des Kompressorteils gesprüht wird, verdampft es zumindest teilweise. Wenn der Rotor 20 von der Antriebsquelle 33 angetrieben wird, wird die durch den Einlaß eintretende Luft zusammen mit dem in Tropfenform mitgeführten Wasser komprimiert, wobei die Kompression von einem Temperaturanstieg begleitet ist, der auf die erzeugte »Kompressionswärme« zurückgeht Die Flüssigkeitsteilchen kühlen die Luft, wenn diese komprimiert wird. In dem Maße, in dem der Temperaturanstieg zu einem Abfall der relativen Feuchtigkeit führt, findet darüber hinaus weitere Verdampfung statt. Durch diesen Verdampfungsprozeß wird die Luft bei Maximaltemperatur und Maximaldruck in dem Kompressionsteil gesättigt, wobei die kleineren Tröpfchen vollständig in Dampfform übergehen und die größeren Tröpfchen zumindest teilweise aufgezehrt werden. Als Ergebnis ίο dieser beiden Effekte wird der Luft eine erhebliche Wärmemenge entzogen, so daß die Luft, während sie beispielsweise im Verhältnis von 2:1 bis 4 : 1 komprimiert wird, einen Druck und eine Temperatur besitzt, die niedriger sind als die ohne Einspritzung erreichten Werte. Auf diese Weise wird der Erwärmung teilweise entgegengewirkt. Die Temperatur steigt bei einer praktischen Ausführungsform lediglich auf beispielsweise 126,7⁰C anstatt auf z.B. 154°C, wobei der Druck entsprechend vermindert ist. Aufgrund des zugefügten Wassers ist im Ergebnis die pro Volumeneinhei· erforderliche Arbeit zur Reduzierung des Luftvolumens erheblich kleiner. Eine Energieverringerung in der Größenordnung von etwa 15% läßt sich leicht erreichen.

Der erste Wärmetauscher 45 weist einen Sumpf zum Aufsammeln des Wassers auf, welches bei der Abkühlung der komprimierten Luft kondensiert. Der Sumpf i*t mit einer Rückströmleitung versehen, die in eine Sprühdüse am Einlaß 41 des Kompressionsteils endet, so daß das aufgesammelte Kondensat zum Einlaß des Kompressionsteils zurückgeführt oder rezirkuliert werden kann.

Der erste Wärmetauscher 45 (Fig. 1) weist ein

Gehäuse 80 mit Einlaßleitung 81 und Auslaßleitung 82 auf. Obwohl der Wärmetauscher abgedichtet is:, ist er vorzugsweise von einer Reih, wuer verlaufender Rohre 83 durchbrochen, welche Luftkanäle zur Erhöhung der wirksamen Wärmeaustauschfläche bilden. Um Luft durch die Rohre 83 hindurchzuleiten, ist eine Ummantelung 84 vorgesehen, die eine Kammer 85 ausbildet (Fig. la). In diese Kammer wird die Kühlluft durch ein motorgetriebenes Gebläse 46 hineingedriickt.

Am Boden des Wärmetauschergehäuses 80 ist der Sumpf 86 zum Aufsammeln des Kondensats 87 vorgesehen. Ein Schauglas 88 dient der ständigen Anzeige der Höhe des Kondensats im Sumpf.

Um das Kondensat wieder verwenden zu können, ist eine Abzugsanordnung 90 vorgesehen. Diese umfaßt eine Rückströmleitung 91, die in einer Sprühdüse 92 endet. Die Düse 92 liegt am oder im Einlaß 41 des Kompressionsteils und versprüht eine Wolke von Tröpfchen.

Neben der Kondensierung der in der komprimierten Luft gelösten Feuchtigkeit, welche auskondensiert, wenn die komprimierte Luft abgekühlt wird, dient der Wärmetauscher 45 auch als Falle zum Auffangen unverdampfter Feuchtigkeitströpfchen, welche noch im Luftstrom vorhanden sind. Diese Auffangwirkung wird bei der dargestellten Ausführungsform dadurch erreicht daß die komprimierte Luft zu plötzlichen Richtungsänderungen bei 95 und 96 veranlaßt wird.

im Betrieb wird das von der Düse 92 im Überschuß in den Luftstrom in Form von Tröpfchen eingesprühte Wasser während des Kompressionszyklus weitgehend verdampft, wobei die aus dem Auslaß 42 des Kompressionstei's austretende, komprimierte Luft bei einer Temperatur ist die niedriger als die normalerweise erreichte liegt Die komprimierte Luft, welche durch

den ersten Wärmetauscher 45 fließt, erfährt einen Te^peraturabfall bis nahe Umgebungstemperatur. Der Temperaturabfall wird begleitet von der Kondensation des gelösten Dampfes und Ansammlung der mitgeführten Tröpfchen auf den Innenflächen des Wärmetauschers. Wegen der Zustandsänderung von Dampflüssigkeit werden durch das Wasser erhebliche Wärmemengen d'rikt an der Oberfläche des Wärmetauschers freigesetzt, so daß der Wärmeaustauschervorgang beträchtlich wirksamer ist, als es bei Abwesenheit von Wasser wäre. Selbst die Wassertröpfchen, die in den Wärmetauscher noch in Tropfenform eintreten und an den Oberflächen des Wärmetauschers aufgefangen werden, setzen ihre fühlbare Wärme frei. Diese Tröpfchen laufen zusammen mit dem kondensierten Wasser in den Sumpf W·.

Das aufgesammelte Kondensat 87 (Wasser) unterliegt der Wirkung der komprimierten, über ihm liegenden Luft und steht damit unter starkem Druck im Vergleich zu demjenigen Druck, der am Einlaß 41 des Kompressionsteils herrscht.

Der ausgeübte Druck kann beispielsweise in der Größenordnung von etwa 2 bar sein. Infolgedessen wird das durch die Rückströmleitung 91 gedruckte Wasser der Düse 92 über das Ventil 93 bei ausreichend hohem Druck angeboten, so daß die Düse eine relativ feine Auslaßöffnung haben kann, die in der Lage ist, den Wasserstrom in feine Tröpfchen aufzubrechen, die ihrerseits so fein verteilt sein können, daß eine große Gesamtfläche für die Verdampfung während des Komr-essionsschrittes verfügbar ist.

Es sind weiterhin Mittel vorgesehen, um einen Teil des Wassers im Sumpf abzuziehen, wenn der Wasserstand zu hoch wird. Dies kann insbesondere vorkommen, wenn die eintretende Luft oder die Umgebungsluft zusammen mit Wasser aus einer Hilfsquelle, wie noch beschrieben werden wird, angeliefert wird. Der Wasserabzug erfolgt durch die öffnung eines Abzugsventils 94. Wenn umgekehrt bei Umgebungsbedingungen mit geringer relativer Feuchtigkeit gearbeitet wird, kann im Sumpf ein Wasserverlust auftreten, der es erforderlich macht, frisches Wasser von Zeit zu Zeit zuzugeben. Dieses Wasser kann durch ein Ventil 98 eingebracht werden, das von einem Wassereinlaß 99 gespeist wird. Wenn es gewünscht wird, das Frischwasser dem unter Druck stehenden System zuzuführen, kann eine Pumpe 97 zwischengeschaltet werden.

Obwohl die komprimierte Luft, die den Wärmetauscher über die Auslaßleitung 82 verläßt und in den Einlaß 43 des Expansionsteiis eintritt, einen Feuchtigkeitsverlust infolge Kondensation und Tröpfchenauffang erfahren hat, ist diese Luft in keiner Weise trocken, sondern im Gegenteil voll mit Feuchtigkeitsdampf gesättigt und beginnt den Expansionsprozeß im gesättigten Zustand. Der Sättigungsgrad überschreitet noch diejenige Sättigung, die erreichbar ist, wenn die eintretende Luft ihren Wassergehalt durch Verdampfung aus einem porösen Element erfährt, wie dies früher bereits vorgeschlagen wurde. Eine starke Übersättigung der Luft b,." "u- , Eintritt in das System vermindert nicht nur die Kompressionsenergie, sondern erhöht auch die bei der Expansion wiedergewonnene Energie.

Die gesättigte Luft expandiert allmählich, wenn sie nach oben zum Auslaß 44 des Expansionsteils gelangt Dabei erfüllt sie zwei Funktionen: Sie bringt nicht nur einer, scharfen Temperaturabfaii der Luft zum Zwecke der Kühlung hervor, sondern die von einem Druckabfall begleitete Expansionsenergie hat das Bestreben, den Rotor 20 im Gegenuhrzeigersinn anzutreiben und hierdurch die Antriebsquelle 33 zu unterstützen.

Wegen des Temperatur- und Druckabfalls wird die Luftfeuchtigkeit in Form mitgeführter Eisstückchen oder Tröpfchen kondensiert. Die Mischung aus Kaltluft und mitgeführter Feuchtigkeit gelangt in den porösen Abscheider 60, durch den die Luft hindurchtritt, während die Eisteilchen auf den porösen, inneren Wänden abgeschieden werden. Die Eisteilchen werden ständig durch die Wärme der eintretenden Umgebungsluft geschmolzen, so daß die Poren des Abscheiders offengehalten werden. Die Mischung aus trockener Kaltluft und eintretender Umgebungsluft, die durch die Kammer 57 strömt, wird in einem angenehm wirkenden, temperierten Zustand durch die Auslaßöffnungen 51,52 in den zu klimatisierenden Raum eingespeist.

Die Sättigungsfeuchtigkeit hat aufgrund ihrer Kondensation in dem Expansionsteil die Wirkung die Temperatur und den Druck der expandierenden Luft auf einen Wert anzuheben, der oberhalb des Wertes liegt, der bei Feuchtigkeitsabwesenheit erreichbar wäre. Mit anderen Worten, der Abkühlung und dem Druckabfall der expandierenden Luft wird teilweise entgegengewirkt. Außerdem erhöht die Anwesenheit der zugefügten Feuchtigkeit in Form von Eis auf der Expansionsseite die Wärmekapazität der Luft-Wasser-Mischung, welche durch die Kompressions-Expansions-Finheit bei jedem Umlauf hindurchgelangt, indem eine größere Nutzanwendung der latenten Wärme der Eisstückchen neben der fühlbaren Wärme der Wasserteilchen gemacht wird, wodurch ein noch größerer Kühleffekt pro Umdrehung erreicht wird.

Somit hat die durch die Düse 92 injizierte Feuchtigkeit wenigstens vier wichtige Wirkungen: In erster Linie verringert die Anwesenheit des Wassers im Kompressionsteil die Kompressionsarbeit. Zweitens erhöhen die Kondensation und die Anwesenheit von Feuchtigkeit im ersten Wärmetauscher 45 den Wärmeaustausch erheblich. Drittens steigert die Kondensation im ersten Wärmetauscher die dort wiedergewonnene Energie. Schließlich wird die latente Wärme, nämlich die Schmelzwärme der Eisstückchen und die fühlbare Wärme jedes verbleibenden Wassertröpfchens, zur Abkühlung am Auslaß des Expansionsteils ausgenutzt. Das Ergebnis dieser kombinierten Wirkungen liegt darin, eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades (Kältegrades) der Vorrichtung zu erzielen, d. h. eine Verbesserung des Verhältnisses der Kühlleistung zur mechanischen Leistung, die von den äußeren Antriebsmitteln erbracht wird. Durch Sättigung der eintretenden Luft läßt sich ein Wirkungsgrad (Kältegrad) in der Größenordnung von zwei oder drei erzielen. Durch das Einsprühen von Wassertröpfchen im Überschuß, um hierdurch die eintretende Luft zu übersättigen, kann erfindungsgemäß der Kältegrad auf drei bis vier gebracht werden. Bei einem üblichen Freon-System wird es im allgemeinen als ausreichend betrachtet, einen Kältegrad in der Größenordnung 1,5 bis 2 zu erreichen.

Neben der Injizierung von Wasser, welches aus dem Sumpf des Wärmetauschers rezirkuliert wird, kann das sich beim Schmelzen des Eises im Abscheider 60 ergebende Wasser ebenfalls zu der einströmenden Luft zurückgeführt werden. Dies erfolgt durch eine zweite Rückströmleitung 100 (siehe F i g. 1 und 2), welche zu einem porösen, schwammähnlichen Injektions- oder Verdampfungselernent iO2 führt, das seinerseits im Weg der einströmenden Luft und vorzugsweise vor der Düse 92 angeordnet ist Falls das Wasser im Abscheider 60

schneller entsteht, als es durch das poröse Element 102 verbraucht werden kann, fließt es unschädlich durch eine Abzugsleitung 103 ab. Das poröse Element 102 wirkt aufgrund seiner Sättigung mit Wasser auf die relativ trockene, einströmende (Umgebungs-)Luft ein und hebt deren Feuchtigkeit bis in die Nähe des Sättigungspunkten.

Die im Anschluß hieran durch die Düse 92 eingesprühten Tröpfchen schaffen den Zustand der Übersättigung, wodurch der Luftstrom mit Tröpfchen beladen wird, die durch die Bewegung und Turbulenz der Strömung in Suspension gehalten sind. Die Elemente 102 und 92 dienen somit gemeinsam als Injektionsmittel.

Die absichtliche Zugabe von Wasser zum Zwecke einer Übersättigung des Gases am Einlaß des Kompressionsteiles bringt nicht nur einen höheren Nutzeffekt der Anlage als Ganzes hervor, sondern steigert auch beträchtlich die Kühlleistung. Eine

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Stunde erhöht ihre Leistungsfähigkeit auf 52 794 kj pro Stunde einfach dadurch, daß man Gebrauch von der thermischen Kapazität und der latenten Wärme des Wassers als Hilfskühlmittel macht.

Der Betrieb der Vorrichtung vollzieht sich automatisch. Um jedoch die Geschwindigkeit, mit welcher das Wasser aus dem Sumpf 86 in den Einlaß des Kompressionsteiles eingespeist wird, zu steuern, kann die Düse 92 mit einer einstellbaren Nadel 105 (Fig.3) ausgestattet werden. Stattdessen kann auch in der Leitung 91 ein Drosselventil 93 vorgesehen werden. In ähnlicher Weise kann auch in die Leitung 100, welche zu dem porösen Element 102 führt, ein auf kleine Strömungsgeschwindigkeiten einjustierbares Ventil eingeschaltet werden.

Um zu gewährleisten, daß in der Rückströmleitung 91 jederzeit flüssiges Wasser zur Verfügung steht und kein Luftkurzschluß durch diese Leitung stattfindet, falls die Flüssigkeit 87 im Sumpf auf ein zu niedriges Niveau absinkt, kann eine Steuerventilanordnung 110 verwendet werden, wie sie schematisch in F i g. 3 dargestellt ist. Die Anordnung umfaßt einen Schwimmer 111, der an einem im wesentlichen horizontal angeordneten Hebelarm 112 befestigt ist. Der Hebelarm ist bei 113 schwenkbar gelagert und steuert einen konischen Ventilstößel 114, der mit einem Ventilsitz 115 zusammenwirkt. Durch die Wirkung dieser Ventilanordnung wird die Leitung 91 automatisch verschlossen, sobald die Flüssigkeit aus dem Sumpf ausgelaufen ist. Durch die konische Ausbildung des Ventilstößels kann die Durchflußmenge automatisch in Abhängigkeit von der Höhe der im Sumpf verfügbaren Flüssigkeit eingestellt werden. Um es weiterhin unnötig zu machen, das Ablaßventil 94 manuell zu betätigen, wenn die Flüssigkeit im Sumpf eine zu große Standhöhe erreicht, kann eine Überflußventilanordnung 120 vorgesehen werden mit einem Schwimmer 121 an einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Hebelarm 122, der bei 123 schwenkbar gelagert ist uti<' einsn Stöße!

124 steuert. Der Stößel i24 arbeitet mit einem Ventilsitz

125 zusammen, der zu einer Abflußleitung 126 führt. Solange die Flüssigkeit im Sumpf einer bestimmten Höhe bleibt, ist die Leitung 126 durch den Ventilstößel 124 versperrt Sobald jedoch die Flüssigkeit eine vorbestimmte Höhe überschreitet, öffnet der Stößel 124, und zwar so lange, bis der Flüssigkeitsspiegel wieder auf einen Punkt abgesunken ist, an dem die Ventilanordnung geschlossen ist. Der Stößel 124 kann die Form eines hin- und hergehenden, nadelähnlichen Elements mit kleinem Durchmesser haben, so daß die Wirkung des Schwimmer» durch die an beiden Seiten des Ventilsitzes 125 wirkende Druckdifferenz nicht wesentlich beeinflußt wird. Als Alternative zum Ventilstößel 114 kann auch eine »pneumatische Sicherung« 127 mit einer von einer Feder 129 belasteten Kugel 128 in die Leitung 91 eingesetzt werden, um diese Leitung bei Abwesenheit von Flüssigkeit zu verschließen (Fig.5a).

Obwohl eine Kezirkulation der Feuchtigkeit, wie oben beschrieben, bevorzugt wird, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Es kann auch eine getrennte Quelle für unter Druck stehendes Wasser verwendet werden, wie in Fig.4 gezeigt, wobei der Wasserdruck durch eine Pumpe so weit erhöht wird, daß Zerstäubung stattfindet. Die Düse 92 wird so eingestellt, wie es im Zusammenhang mit Fig. 3 erörtert wurde. Die Mehrheit der Tröpfchen soll vorzugsweise in den Bereich von 0,01 bis 2000 Mikron fallen, so daß die Tropfen eine sroßc Gesamtfläche bilden, die für die VerdBrp.ⁿfⁿn°^f zur Verfügung steht. Die Düse 92 (Fig.4) kann eine bei hohem Druck betriebene, spezielle Zerstäuberdüse sein. Es kann jedoch auch bei niederem Druck gearbeitet werden, wobei dann die von der Düse produzierten Tröpfchen durch eine besondere Zerstäubervorrichtung fein verteilt werden. Eine solche Zerstäubervorrichtung kann beispielsweise die Gestalt eines mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Laufrades oder eines piezoelektrischen Elementes A haben, welches von einem Oszillator O mit Schall- oder Überschallfrequenz angetrieben ist. Wenn eine besondere Wasserquelle verwendet wird, reicht es aus, das sich im Sumpf des Wärmetauschers aufsammelnde Wasser durch eine einfache Überflußventilanordnung gemäß Fig.5 zu steuern.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 ist die temperierte Luft, welche in den zu kühlenden Raum durch die Auslaßöffnung 51, 52 eintritt, von relativ geringer Feuchtigkeit und angenehm trocken, obwohl der Luft am Einlaß des Kompressionsteils Feuchtigkeit bis zur starken Übersättigung zugegeben wurde. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Erzeugung einer kalten Mischung relativ trockener Luft beschränkt, sondern sie läßt sich auch bei solchen Räumen anwenden, bei denen ein hoher Feuchtigkeitsbedarf vorliegt. Eine beträchtliche Feuchtigkeitsmenge läßt sich dem Luftstrom dadurch zugeben, daß man eine steuerbare Nebenleitung an der Seite des Abscheiders 60 ausbildet. Die Vorrichtung kann auch zur absichtlichen Beschickung der Luft in einem gekühlten Raum mit Feuchtigkeit Anwendung finden, beispielsweise beim Transport und bei der Lagerung leicht verderblicher Früchte und Gemüsesorten. Dies kann bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 z. B. einfach dadurch erfolgen, daß man den porösen Abscheider oder Filter 60 wegläßt, so daß Eis und kondensierte Wasserteilchen nicht mehr zurückgehalten werden, sondern in einfacher Weise durch den Kaltluftstrom in den eintretenden Strom der Umgebungsluft, die aus dem gekühlten Raum stammen kann., eingeblasen werden. Hierdurch schmelzen die Eisstüekchen während der Ubeifih^ing. Dai Verhältnis der Umgebungsluft zur Kaltluft kann dadurch eingestellt werden, daß man die Leistung und die Geschwindigkeit des Gebläses 55 bzw. des Motors 56 entsprechend auswählt oder einstellt. Daneben kann tuch frische Außenluft in einstellbaren Verhältnissen allen hier beschriebenen Vorrichtungen zugegeben werden, indem man am Einlaß 54 ein Regulierventil

vorsieht, welches die Raum- oder Umgebungsluft und die frische Außenluft entsprechend proportioniert. Falls erwünscht, kann die Kühlluft und das mitgeführte Eis in den zu küh'enden Raum auch direkt aus dem Auslaß 34 eingeführt werden, ohne daß eine vorherige Mischung mit Umgebungsluft erfolgt.

Um wahlweise die Feuchtigkeit im Kaltluftstrom zu erhöhen, kann das im Wärmetauscher gesammelte und kondensierte Wasser auch wieder in die den Expansionsteil durchlaufende Luft injiziert werden. Dies ist beispielsweise in Fig.6 angegeben, in welcher die Bezugszeichen für bereits beschriebene Teile mit einem Apostroph versehen sind. Das im Sumpf 86' angesammelte Kondenswasser wird durch Ansaugung in einer vergaserähnlichen Düse 130 mit Eintauchrohr 131 injiziert. Die Feuchtigkeit wird in die Düse in Form von Tröpfchen eingeführt, welche ihren Aggregatszustand beibehalten, wenn sie durch den Expansionsteil hindurchpassieren. Dabei können die Tröpfchen auf-

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Eisstückchen verwandeln, wenn die Temperatur und der Druck abfallen. Ein ähnliches Ergebnis läßt sich auch ohne Ansaugdüse einfach dadurch erzielen, daß der erste Wärmetauscher 45 entsprechend hoch montiert wird, so daß das Kondensat aufgrund seiner Schwerkraft zum Einlaß 43' des Expansionsteils gelangt und dort durch die vorbeilaufenden Flügel auseinandergerissen wird. Der Ausdruck »Ansaugung« sollte daher in einem so weiten Sinne verstanden werden, daß auch diese Möglichkeit mit eingeschlossen ist. Wenn eine maximale Feuchtigkeit erforderlich ist, kann die kalte, mit Eis beladene Luft einfach vom Auslaß 44' des Expansionsteils direkt in den gekühlten Raum entlassen werden, wie dies in F i g. 6 durch den Pfeil angegeben ist. Die Luft kann jedoch auch durch eine Leitung 62' zum Abscheider 60' geführt werden, wo das Eis geschmolzen und das so gewonnene Wasser der Düse 92' über die Leitung 100' zugeführt werden kann, in beiden Fällen erreicht man, daß der Wärmeaustauscher im abgeschlossenen Zustand arbeiten kann.

Ein Vorteil der Übergabe des im ersten Wärmetauscher aufgesammelten Wassers durch Ansaugung o. dgl. in den Expansionsteil liegt darin, daß die Luft künstlich befeuchtet wird, was in Gebieten, die besonders heiß und trocken sind, günstig ist. Bei einer anderen Ausführungsform kann die im ersten Wärmetauscher aufgesammelte Feuchtigkeit auch unter Druck zum Auslaß des Expansionsteils und dort in die austretende Luft eingesprüht werden. Eine solche Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 7 dargestellt. Die Bezugszeichen bereits beschriebener Bauteile sind dort mit zwei Apostrophen versehen. Eine Leitung 133 führt vom Sumpf 86" zu einer Düse 134" irn AusIaS 44". Das Wasser wiid an der Düse 134" aufgrund des im Wärmetauscher herrschenden Druckes zu kleinen Tröpfchen zerrissen. Die Geschwindigkeit, mit welcher das Wasser aus der Düse 134" austritt, läßt sich durch ein in die Leitung 133 eingeschaltetes Drosselventil 135 steuern.

Im voranstehenden wurde die Erfindung im Zusammenhang mit in ^offener Bauweise« vorliegenden .·* usffihrungsformen beschrieben, bc; denen dai Arbeitsmittel Luft und das Zusutzmedium Wasser war. Das Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Mit zusätzlichen Vorteilen läßt sie sich auch auf Vorrichtungen in »geschlossener Bauweise« anwenden, bei denen der zweite Wärmetauscher in ähnlicher Weise wie der erste Wärmetauscher 45 direkt, wie in F i g. 6 steigt, an den Auslaß des Expansionsteils und den Einlaß de^r Kompressionsteils angeschlossen ist. Die Bezugszeichen bereits beschriebener Bauteile sind in F i 3.8 mit dem Buchstaben a ''»»-sehen, i'ie »offene« ui.j »geschossene« Bauweise sind in mancher Hinsicht einanuer ähnlich. Der Haupmnterschied besteht darin, daß die geschlossene Vorrichtung gemäß F i g. 8 permanent mit einem Zusatzmedium beschickt weiden kr/in, so daß keiiie Notwendigkeit besteht, Zusatzmedium abzuziehen oder in frischer, Uüssiger Form zuzuführen. Der Verteiler des Zusatzmediumc kann aus zwei Teilen bestehen: Ein Ring 102a aus Schwamm oder anderem porösen Material ist kapillar mit einem Vorrat 104a von Zusatzmedium verbunden und ein Nadelventil 105a kann dazu dienen, die Düse 92a zu dem bereits erwähnten Zwecke zu steuern, d. h. das eine Zustandsänderung erfahrende Zusatzmedium bei einem Maximum und die Menge der nicht umgewandelten Tröpfchen auf einem vernünftigen Niveau zu halten.

Die Ähnlichkeiten beim Betrieb der beiden A.üsführungsformen wird am besten dann sichtbar, wenn man annimmt, daß die Vorrichtung vor ihrem dichten Verschluß mit einer Mischung aus Luft und Wasser beschickt wird, wobei überschüssiges Wasser im Sumpf 86a und im Vorrat 104a vorhanden ist. Wenn daher der Rotor 20a umläuft, wird Luft in den Einlaß 4ia hinter dem wassergesättigten Ring 102a und dar Düse 92a eingesaugt. Die jeweils zwischen benachbarten Rotorflügeln eingeschlossene Luft-Wasser-Mischung wird allmählich komprimiert und gelangt durch den Auslaß 42a in den ersten Wärmetauscher 45a, wo die Mischung bis nahezu auf Umgebungstemperatur abgekühlt und das meiste Wasser kondensiert wird. Die Luft, welche immer noch im gesättigten Zustand ist. fließt nun in den Expansionsteil und wird dort in den durch die Rotorflügel definierten Kammern expandiert, wobei ein Temperaturabfall stattfindet, der von einer Kondensation der Feuchtigkeit in Form von Eisstückchen begleitet ist. Der Luftstrom mit dem mitgeführten Eis gelangt in den zweiten Wärmetauscher 50a, der in dem zu kühlenden Raum angeordnet und mit diesem Raum durch die dargestellten Rippen und das Gebläse 55a wärmemäßig verbunden ist. Innere Prallplatten 61a können dazu dienen, im Wärmetauscher die Eist milchen oder kalten Tröpfchen aufzuhalten und sonnt den Wärmeübergang zu erleichtern. Die Prallplatten haben Abflußöffnungen 61 b, die den Abfluß des Wassers nach abwärts in die Leitung 71a und in den Vorrat 104a ermöglichen. Falls erwünscht, kann die gesamte Leitung 71 a mit porösem Material ausgefütter: wenden.

Da der Motor 56«, v?lcher das Gebläse 55a antreibt, Energie verbraucht, die rr.it derjenigen des Motors 56 vergleichbar ist, durch welche bei der früheren Ausführungsform das Gebläse angetrieben wurde, sind im Hinblick auf die Energieerfordernis die beiden Systeme ziernüch gleichwertig. Der Hauptvorteil der geschlossr-nen bauweise liegt darin, daß sie es ermöglicht, eine größere Vielfalt von Arbeitsmitteln und Zusatzmedien zu verwenden, da weder das Arbeitsmittel noch das Zusatzmedium in die offene Luft austreten und darüber hinaus die Vorrichtung auch mit Schmiermitteln beschickt werden kann, dir irr. Zusatzmedium iösiich oder mit diesem mischbar sind, so daß die Möglichkeit einer konstanten Schmierung der Flügel 21a bis 30a gegeben ist Es lassen sich beispieisv-ej.se dieselben, emnlgifier· Sehn.· rniiittel wie auch bc! Werkzcuä^aschiiien verwenden. Je-ies Arbeitsmittel ist für den «j^iiannif;: 7,WCk geeignet, das bei cU;n tvährend

des Betriebs der Vorrichtung auftretenden Temperaturen und Drücken nicht kondensiert; jedes Zusatzmedium eignet sich, welches eine hohe Verdampfungswärme, vorzugsweise in der Nähe derjenigen von Wasser, hat und welches in der Lage ist, im Kompressionsteil rasch zu verdampfen und im ersten Wärmetauscher und im Expansionsteil rasch zu kondensieren. Bei Verwendung von Luft kann das Zusatzmedium beispielsweise in Form von Alkohol oder eines Kohlenwasserstoffes, insbesondere Benzin, vorliegen. Beide Stoffe durchlaufen in praktisch anwendbaren Temperatur- und Druckbereichen die erforderlichen Zustandsänderungen. Anstelle von Luft läßt sich ζ. B. auch Kohlendioxyd anwenden oder jedes andere Gas, welches stabil, nichtkorrodierend ist sowie bei den auftretenden Temperaturen und Drücken nicht kondensiert. Auch jedes Schmiermittel kann Anwendung Finden, das mit dem Zusatzstoff mischbar oder in diesem lösbar ist, beispielsweise gewöhnliches Schmieröl in gelöstem oder mischbarem Zustand. Erwünschtenfalls kann auch ein solches Zusatzmedium Anwendung finden, welches inhärente Schnriereigerischafien neben seinen Verdampfungs- und Kondensationseigenschaften besitzt. Dem Fachmann ist es verständlich, daß die Erfindung nicht auf die Verwendung eines herkömmlichen oder natürlichen Stoffes als Zusatzmedium beschränkt ist. Erhebliche Arbeit wurde bereits geleistet bei der Synthetisierung neuer Fluor-Kohlenwasserstoffverbinbindungen zu dem Zweck, bestimmte Kenndaten bei der Zustandsänderung zu erreichen. Im Falle einer geschlossenen Bauweise der vorliegenden Vorrichtung kann es beispielsweise günstig sein, ein Zusatzmedium zu benutzen, welches zwischen etwa 37,8 und 93,3° C in einem Druckbereich bei Temperaturen zwischen etwa 37,8 und —17,8° C kondensiert. Es ist natürlich günstig, eine handelsübliche Substanz mit diesen Eigenschaften zu verwenden. Alternativ kann jedoch ein Zusatzmedium auch als Einzelsubstanz oder als Kombination zweier Substanzen künstlich hergestellt werden, von denen jede einzeln entweder während der Kompression oder der Expansion die entsprechende Wirkung entfaltet. Die Synthetisierung solcher Substanzen liegt jedoch außerhalb der vorliegenden Erfindung.

Die hier beschriebene Vorrichtung ist in erster Linie dazu bestimmt, mit kontinuierlich eingesprühtem Wasser zu arbeiten, so daß man den Vorteil hoher Kühlleistung und eines hohen Nutzeffektes auf kontinuierlicher Basis erreicht. Die Erfindung läßt sich jedoch auch bei solchen Kompressions- u;id Expansionseinheiten einsetzen, die normalerweise im »Trockenzustand« arbeiten, um dort beim Start eine kräftige und rasche Kühlung und Befeuchtung hervorzurufen. In F i g. 9 sind bereits beschriebene Bauteile mit dem Buchstaben 6 versehen. Eine Kompressions-Expansionseinhei» 106 arbeitet normalerweise mit trockener Luft und ist mit einer einfachen Form eines Wärmetauschers 456 versehen, um am Auslaß 446 kalie Luft auszustoßen. Am Einlaß 41 6 ist eine Düse 926 angeordnet, die so eingerichtet ist, daß mit ihrer Hilfe eine Ladung Wasser über einen manuell betätigten Injektor 140 eingebracht werden kann, Der Injektor umfaßt einen Zylinder 141 mit Kolben 142 sowie einen Betätigungsgriff 143 und eine kräftige Rückholfeder 144.

Nach dem Ziehen des Griffes 143 wird Wasser aus einem Reservoir 145 über ein erstes Rückschlagventil 146 angesaugt. Ein zweites Rückschlagventil 147 verhindert ein Rücksaugen von Luft durch die Düse während der FOllpliase des Zyklus beim Ziehen des Griffes 143.

Wenn der Zylinder 141 mit Wasser vollgefüllt ist beispielsweise mit etwa 60 bis 90 cm³, läßt man den Grif 143 los. Die Rückholfeder 144 treibt nun das Wassei durch das zweite Rückschlagventil 147, wo es it Tröpfchenform durch die Düse 92b in den Luftstron gespritzt wird.

Bei praktischer Anwendung führt dies unmittelbai beinahe zu einer Verdoppelung der Kühlleistung voi

ίο z. B. 31 676 kj pro Stunde auf 52 794 kj pro Stunde. E: ergibt sich ein unmittelbarer und kräftiger Temperatur abfall in einem Automobil, welches z. B. in der Sonn« gestanden hat und dessen Temperatur bis zu etwa 50° C oder mehr angestiegen ist. Die Düse 926, der Kolbei

is 142 und die Kraft der Feder 144 können se dimensioniert und aufeinander abgestimmt werden, dal die Wasserinjizierung sich über einen Zeitraum voi beispielsweise 15 bis 30 see ersireckt Aus Bequemlich keitsgründen wird der Betätigungsgriff 143 so montien daß er aus dem Armaturenbrett des Automobil: herausragt. Da die Rückschlagventile automatiscl arbeiten, braucht lediglich der Griff i43 gezogen um wieder losgelassen zu werden, worauf die Feder 1Φ alles weitere übernimmt. Das Wasserreservoir 145 kam in ähnlicher Weise wie das Reservoir für ein« Scheibenwaschanlage unter der Motorhaube angeord net werden.

Bei Betrieb in trockenem Klima, beispielsweise in Südwesten der Vereinigten Staaten von Amerika, win die Befeuchtung, welche den augenblicklichen Tempera turabfall begleitet, in gleicher Weise als angenehn empfunden. In diesen Gebieten kann ein Kippventil 14t welches in das Innere des Automobils öffnet und direk dem Auslaß 446 zugeordnet ist, vorgesehen werden Das Ventil 148 ist vorzugsweise über eine mechanischi Verbindung 150 an den Bedienungsgriff 143 angekop pelt, so daß das Ventil automatisch schließt, wenn de Betätigungsgriff 143 in seine Normallage zurückkehr und umgekehrt. Bei feuchterem Klima können di< entstehenden Wasser- und Eisteilchen durch einer Abscheider 60 zurückgehalten und die entstehend« Flüssigkeit abgelassen werden. Diese Ausführungsforn der Erfindung erlaubt somit die Anwendung einei einfachen und billigen Kompressions-Expansions-Ein heit, ohne besondere Vorkehrungen für Wasser, jedocl mit den erfindungsgemäß erzielbaren Vorteilen bein Start der Anlage. Bei dieser Ausführungsform ist dei Wärmetauscher 456 vorzugsweise so angeordnet, dal er automatisch durch Schwerkraft in den Einlaß 436de:

Expansionsteils entwässert.

Der hier verwendete Ausdruck »Umgebung« ist s< allgemein zu verstehen, daß er sowohl die Luft in den abgeschlossenen, klimatisierten Raum, frischer Außen luft sowie eine Mischung dieser beiden umfaßt. De A jsdruck »Flügel«, wie er hier verwendet wird, umfaß in breitoster Weise alle kammerähnlichen Abteilunger die sich im Hinblick auf ihre Abmessungen alitnähüc! verkleinern und wieder vergrößern lassen, um auf dies« Weise die erforderlichen Kompressions- und Expan sionsfunktion auszuüben. Der Ausdruck »Sprühmitteli umfaßt alle Mittel, mit deren Hilfe eine Flüssigkeit ii fein verteilter Form in Luft injiziert werden kann Solche Mittel werden vorzugsweise durch eine Düsi oder einen kraftgetriebenen Zerstäuber realisiert. E fallen unter diesen Ausdruck jedoch auch passiv« Injektionsmittel, beispielsweise ein Schwamm ode andere poröse Elemente, die der Wirkung eine eintretenden Luftstroms unterliegen. Der Ausdrucl

»Sumpf« umfaßt jede Art von Behälter oder Bereiche, in die ein Kondensat abläuft und von denen aus es entnommen wird, sei es zum Zweck der Rszirkulation oder des Ablassens.

Der Ausdruck »zweiter Wärmetauscher«, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf jede Art von Anordnung, die am Auslaß der Expansionseinheit angeordnet ist und einen Wärmeübergang zwischen der Luft in dem zu kühlenden Raum und der aus dem Auslaß austretenden Luft hervorbringt Im Falle der »geschlossenen Bauweise« handelt es sich um einen Wärmetauscher, wie er in Fig.8 mit dem Bezugszeichen 50a versehen ist Bei »offener Bauweise« vermittelt die Mischkammer 53 und der poröse Abscheider 60 zusammen mit den Einrichtungen zur Induzierung eines durch sie hindurchgerichteten Luftstromes die Wärmetauscherfunktion; daher fallen diese Teile unter den Ausdruck »Wärmetauscher«. Jedes Wärmetauschermittel, selbst ein direkter Ausstoß in die Umgebungsluft, erfüllt die hier geforderten Bedingungen.

Der Ausdruck »Klimatisieren« bedeutet normalerweise »Kühlung«. Dennoch läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dadurch als Wärmepumpe einsetzen, daß man den ersten Wärmetauscher 45a in dem zu klimatisierenden Raum anordnet und einen zweiten Wärmetauscher 50a in der äußeren Umgebung; daher umfaßt der Ausdruck »Klimatisierung« sowohl Erwärmung als auch Kühlung.
Die Betriebsbeschreibung der Kompressions-Expansions-Einheit 10 wurde stark vereinfacht In der praktischen Anwendung ist es vorteilhaft, die Kompressions- und Expansionsseiten der Einheit etwas unsymmetrisch auszubilden, so daß die Luftmasse, die sich zwischen einem Flügelpaar befindet, welches die Luft in

in den ersten Wärmetauscher 45 auf der Kompressionsseite drückt, im wesentlichen gleich derjenigen Luftmasse zwischen einem Flügelpaar ist welches die Luft auf der Expansionsseite aus dem Wärmetauscher absaugt so daß die Luftmenge im Wärmetauscher 45, d.h. der

ti Druck in diesem Wärmetauscher, im wesentlichen über eine bestimmte Zeitdauer hinweg konstant bleibt Diese Bedingung läßt sich, wie in F i g. 1 gezeigt leicht dadurch erfüllen, daß man die Größe oder i-ige des Auslasses 42 und des Einlasses 43 an ihren Verbindungs-

>n punkten mit den Abteilen 23' bzw. 24' voneinander verschieden ausbildet Bei der dargestellten Ausführungsform weist der linke Rand des Auslasses 42 gegenüber der Vertikalen einen größeren Winkel auf als der rechte Rand des Einlasses 43. Dieses Merkmal wird

y, als Kompensation bezeichnet

Hierzu 5 Blatt Zeichnuneen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Kühlen für Klimatisierungszwecke mit einer Kompressions-Expansionseinheit, die

a) ein Gehäuse mit einem darin gelagerten Rotor aufweist, der radial verschiebbare Flügel besitzt, die an der ovalen Innenwand des Gehäuses anliegen und gasdichte !Compressions- bzw. Expansionskammern mit veränderlichem Volumen erzeugen, wobei diese Kammern einen Kompressions- und einen Expansionsteil bilden,

b) einen zwischen dem Kompressionsteil-Auslaß und dem Expansionsteil-Einlaß angeordneten ersten Wärmetauscher und einen zwischen dem Expansionsteil-Auslaß und dem Kompressionsteil-Einlaß angeordneten zweiten Wärmetauscher aufweist, wobei beide Wärmetauscher thermisch voneinander isoliert sind,

c) von einem gasförmigen, bei den auftretenden Temperaturen nicht kondensierbaren Arbeitsmittel im Kreislauf durchströmt wird, das im ersten Wärmetauscher Wärme abgibt und im zweiten Wärmetauscher Wärme aufnimmt,