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Kühleinrichtung für eine Brennkraftmaschine
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von Fahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung
fflr eine Brennkraftmaschine von Fahrzeugen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
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In den letzten Jahren sind die Leistungen der Brennkraftmaschinen
von Fahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen immer weiter gesteigert worden.
Beachtlich ist dabei, daß trotz der höheren Motorleistungen die Abmessungen der
Brennkraftmaschinen sich kaum geändert haben, was zum größten Teil auf den Einsatz
besserer Werkstofre sowie anderer Brennverfahren usw. zurückzuführen ist, Dagegen
vom Bauvolumen größer geworden sind die KUhlanlagen, z.B. der Wasserkühler bei einem
wassergekühlten Motor, der aufgrund der gestiegenen Motorleistungen eine größere
Wärmemenge abführen muß. Berücksichtigt man nun, daß etwa 30 % der bei einer wassergekühlten
Brennkraftmaschine anfallenden Wärme über das Kühlwasser abgeführt wird, so stellt
die gesamte Kühlanlage bei der Entwicklung bzw. Verbesserung einer Brennkraftmaschine
einen nicht zu Ubersehenden Faktor dar. Insbesondere die Größe des benötigten Wasserkühlers
ist dabei von Bedeutung, da dessen Einbau in moderne Nutzfahrzeuge mit Frontlenkerfahrerhäusern
wegen des erforderlichen Bauraumes oft sehr schwierig ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine KUhlanlage zu
schaffen, die von der Baugröße her möglichst klein gehalten werden kann und bei
der darüber hinaus-die über den Wärmetauscher abæufGhrende Wärme sinnvoll fUr andere
Zwecke, wie z.B.
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zum Heizen oder Kühlen des Innenraumes von Fahrzeugen wiederverwendet
werden kann.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Anspruches- 1 enthaltenen Merkmals gelöst.
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Durch die. rfindungsgemäße Anwendung einer Absorptionskühiein--heit
als Kühlanlage einer Brennkraftmaschine wird in vorteilhafter Weise die anfallende
Abwärme nicht wie bisher einfach nach außen abgeführt, sondern sie wird. sinnvoll
weiter für andere Zwecke genutzt, für die bisher zusätzliche Energie aufgebracht
werden mußte, so daß hierdurch der Wirkungsgrad der BrennkraftmaschinenanIage insgesamt
gesehen wesentlich verbessert wird-. Mittels der erfindungsgemäßen Kühlanlage wird
nicht nur die Abwärme von der Brennkraftmaschine abgeführt und damit die erfinderliche
Kühlung des Triebwerkes erzielt, sondern sie dient gleichzeitig als kostenlose Energiequelle
zum Betrieben einer Klimsanlage. Außerdem ist von Vorteil, daß die erfindungsgemäße
Kühlanlage weniger Bauraum beansrucht, da der bisher erforderliche Wasserkühler
ganz entfallen kann, oder aber falls ein zusätzlicher WasserkUhler--erforderlich
sein sollte, dieser vom Bauvolumen her wesentlich kleiner: ausgelegt werden kann.
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Zwar ist es bekannt -zur Klimatisierung. eines Fahrerhauses eine Klimaanlage.
zu verwenden, die jedoch- zusätzlIch.--zur Kühlanlage der Brennkraftmaschine am
Fahrzeug eingeb-aut ist und, außerdem unabhängig von dieser betrieben werden muß.
Bei dieser Klimsanlage wird nicht die Abwärme der Brennkraftmaschine zum Klimatisieren
des Innenraumes benutzt, sondern es wird die hierzu erforderliche Energie meist
von der Brennkraftmaschine abgezweigt, Diese Klimaanlage hat daher -gegenüber- dem
erfindungsgemäßen Kühlsystem einen wesentlich - schle'chteren Wirkungsgrad-. Außerdem
beeinflußt sie das Bauvolumen des-Wärmetausches der Brennkraftmaschine in keiner
Weise, so daß vom Bauaufwand her gesehen,.diese Kühlanlage insgesamt-einen wesentlich
größeren Platzbedarf erfordert, als die Erfindungsgemäße.
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Gemäß Anspruch 2 dient der Erhitzer als Primär-Wärmetauscher der Brennkraftmasohine.
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Bei einer wassergekühlten Brennkraftmaschine ist gemäß Anspruch 3
vorgesehen, daß der Erhitzer unmittelbar von dem die Kühlräume der Brennkraftmaschine
verlassenden heißen Kühlwasser beaurschlagt wird.
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Gemäß Anspruch 4 besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Kühlanlage
bei luftgekühlten Brennkraftmaschinen anzuwenden.
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Hierbei wird als Kühlmedium das heiße Betriebsöl der Brennkraftmaschine
verwendet, das huber Leitungen mit dem Erhitzer der Absorptionskühleinheit verbunden
ist. Eine weitere vorteilhafte Ausführung dieser Kühlanlage ist dabei durch die
Merkmale des Anspruches 5 gekennzeichnet.
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Nach Anspruch 6 besteht die Mbglichkeit, die Wärmeenergie der heißen
Abgase zum Betrieb der Absorptionskühleinheit zu verwenden.
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Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 7 bis 9 besteht in vorteilhafter
Weise die Möglichkeit, den Verdampfer und den Kondensator zum Heizen bzw. Klimatisieren
des Innenraumes zu benutzen.
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Die Merkmale des Anspruches 10 kennzeichnen eine weitere zweckmäßige
Ausgestaltung der Kühlanlage. Die Merkmale des Anspruches 11 erlauben es> die
einzelnen Aggregate der Kühlanlage ohne grössere Veränderungen an einem bestehenden
Belüftungssystem anzuschließen.
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Damit im Bedarfsfalle der Innenraum des Fahrzeuges von der KUhlanlage
abgekoppelt werden kann, ohne daß deren Funktion hierdurch beeinträchtigt wird,
sind gemäß den Merkmalen des Anspruches 12 am burtverteilergehtuse nach außen führende
Leitungen
angeschlossen.
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Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 13 und 14 sind die einzelnen zum
Belüftungssystem des Innenraumes führenden Öffnungen als auch die Verbindungsöffnungen
zu den nach außen führenden Leitungen durch Klappen verschiebbar. Die einzelnen
Stellungen der Klappen können vom Innenraum aus, über entsprechende Schalt er entweder
manuell oder aber über Raum-Thermostate automatisch gesteuert werden, so daß im
Innenraum selbst immer eine für die Fahrgäste bzw. den Fahrer angenehme Temperatur
eingestellt bzw. vorhanden ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kühanlage schematisch an Hand zweier Blockschaltbilder dargestellt Es zeigen: Fig.
1 die Kühlanlage für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine in der Stellung zum
Kühlen des Fahrzeuginnenraumes.
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Fig. 2 die Kühlanlage aus Fig. 1 in einer Stellung zum Heizen des
Fahrzeuginnenraumes.
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In den Fig. ist mit 1 die erfindungsgemäße Kühlanlage zur Kühlung
einer wassergekühlten Brennkraftmaschine 2 eines nicht dargestellten Fahrzeuges
bezeichnet. Die Kühlanlage 1 besteht aus einer Absorptionskälteeinrichtung mit den
Aggregaten Erhitzer 3, Kondensator 4, Verdampfer 5, Absrober 6 und Rückkühler 7.
Der Erhitzer 3 bildet dabei den primären Wärmetauscher, in dem die an der Brennkraftmaschine
2 anfallende Abwärme an eine Kältemittelösung abgegeben und dadurch die Brennkraftmaschine
gekühlt wird. Im Erhitzer 3 befindet sich ein Wärmetauscher 8, der über eine Vorlaufleitung
9 und eine Rücklaufleitung 10 an den Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine
2
angeschlossen ist.
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Innerhalb der Vorlaufleitung 9 ist ein Thermostatventil 11 eingebaut,
das erst bei Erreichen einer festgelegten Kühlwassertempeiatur die Verbindung zum
Wärmetauscher 8 herstellt. Das die Brennkraftmaschine 2 Uber die Vorlaufleitung
9 verlassende heiße Kühlwasser gelangt in den W§rmeta-usc,her 8 und wird dort durch
Abgabe von Wärme an die Kaltsmittellösung auf die erforderliche niedrigere Wassert-emperatur
abgekühlt. Als Kältsmittellösung dient vorzugsweise eine Ammonik-Wasserlösung, wobei
im Rahmen der Erfindung andere Kältemittel ebenfalls angewendet werden können. Das
Kältemittel heizt sich dabei auf, wobei das in der Lösung vorhandene Ammonisk ausgetrieben
wird. Der ausgetriebene Ammoniakdampf gelangt dabei huber eine Leitung 12 in den
Kondensator 4. Durch die fortwährende Austreibung von Dampf aus der KSltemittellösung
verdichtet sich dieser unter gleichzeitiger Druckerhöhung und wird flüssig. Bei
der Zustandsänderung entsteht Wärme, die im Kqndensator 4 mit Hilfe eines Gebläses
13 über ein noch hoher zu beschreibendes Belüftungssystem 14 in den Innenraum des
Fahrzeuges oder über eine Abluftleitung 15 nach außen abgeleitet wird. Der im Kondensator
4 verflüssigte Dampf- strömt nun über. eine Leitung 16 und ein eingebautes Expansionsventil
17 in den Verdampfer 5. Vom Expansionsventil 17 wird der verflüssigte Dampf auf
den Verdampfungsdruck entspannt, der dabei im Verdampfer 5 unter Aurnahme von Wärme
wieder in den gasförmigen Zustand,.übergeht. Die hierbei vom Dampf benötigte Wärme
wird dem Verdampfer 5 entweder von außen oder über einen hier nicht weiter dargestellten
Umluftkanal und ein Gebläse 18 dem Fahrzeuginneraum entnommen. Vom Verdampfer 5
aus strömt der Dampf dann durch eine Leitung 19 und ein weiteres Expansionsventil
20 in das Absorberaggregat 6. Im Normalbetrieb der Kühlanlage 1 ist das Expansionsventil
20 jedoch außer Wirkung.
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Damit der Betrieb der Kühlanlage aufr,echterhalten werden kann ist
es erforderlich, daß die im Erhitzer 3 zurückbleibende retliche Lösung wieder mit
Kältemitteldampf angereichert wird. Zu diesem Zweck ist der Erhitzer 3 über eine
Zulaufleitung 21 und
einer Rücklauf leitung 22 an den Absorber
6 angeschlossen. In den Lösungsmittlkreislauf ist der Rückkühler 7 eingebaut. Der
Kühlmittelkreislauf erfolgt zwangsweise über eine in der Rücklaufleitung 22 eingebaute
Förderpumpe 23. Die im Erhitzer 3 vorhandene wässerige Kältemittellösung wird über
die Leitung 21 und den Rückkühler 7 in den Absorber 6 gefördert. Im Rückkühler 7
wird die Lösungs soweit abgekühlt, daß sie anschließend in der Lage ist, den aus
der Leitung 19 in den Absorber 6 eingeströmten Kältemitteldampf aufzunehmen und
dann als gestättigte Lösung durch die Leitung 22 sowie den Rückkühler 7 wieder in
den Erhitzer 3 zurückgeführt wird, wo der Vorgang sich wiederholt.
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Die erfindungsgemäße Kühlanlage 1 schafft also die Möglichkeit, daß
zum einen Abwärme von der Brennkraftmaschine 2 abgeführt wird, so daß die erforderliche
Kühlung der Brennkraftmaschine 2 erreicht wird und daß zum andern die Abwärme der
Brennkraftmaschine 2 als eine kostenlose Energiequelle zum Betreiben der Kühlanlage
1 verwendet wird. Die zur Klimatisierung des Fahrgastinnenraumes verwendbare Kühlanlage
1 kann damit bis auf den vernachlässigbar geringen Energieverbrauch der Pumpe 23
ohne Zuführung von fremder Energie betrieben werden.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kondensator 4 sowie der
Verdampfer 5 zu einem Aggregäteblock zusammengefaßt sind, der in dem durch stric.hpunktierte
Linien angedeuteten Innenraum 24 eines Fahrzeuges angeordnet ist. Bei dem Innenraum
24 kann es sich um das Fahrerhaus eines Nutzfahrzeuges oder auch um.den Fahrgastraum
eines Omnibusses handeln.
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Die in dem Aggregateblock zusammengefaßten Geräte 4 und 5 können entweder
mit Luft aus dem Innenraum 24 oder mit Außenluft beaufschlagt werden. Die von den
-Ge'b'läs'en' i3 und 18 geförderte Luft gelangt auf der Abluftseite' in je ein Luftverteilergehäuse
25 und 26, das einmal über die Öffnung 27 bzw. 28 an das Belüftungssystem 24 und
über die Öffnungen 29 bzw. 30 an die nach außen führenden Abluftleitungen 15 bzw.
31 angeschlossen werden kann.
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Die einzelnen öffnungen in den Lurtv erte ilergehäus en 25 und 26
können mittels Klappen32 bzw. 35 verschlossen oder geöffnet werden. Die Steuerung
der Klappen erfolgt manuell Uber Schaltelemente oder automatisch über im Fahrgastraum
bzw. Innenraum 24 angeordnete Temperaturfühler.
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Gemäß Fig. 1 wird'von der Kühlanlage 1 erwärmte Kühlluft zum Aufheizen
des Innenraumes 24 gefördert. Beide Gebläse 13 und 18 lauten während des Betriebes
der Kühlanlage 1 dauernd mit. In den Luftverteilergehäusen 25 und 26 sind die Orfnungen
28 und 29 geschlossen und die ordnungen 27 und 30 geöffnet. Das Gebläse 13 fördert
nun Frischluft von außen oder Umluft aus dem Innenraum 24 über den Kondensator 4.
Dabei nimmt die Luft die von dem Kondensator 4 abgegebene Wärme auf und strömt als
Warmluft durch die öffnung 24 in das Belüftungssystem 14. Von dort gelangt dann
die Warmluft über die Ausströmdüsen in den Innenraum 24 und heizt diesen auf. Während
des Heizbetriebes wird vom Gebläse 18 Außen und/oder Umluft über den Verdampfer
5 geführt> der dabei der Luft Wärme entzieht. Die sich nun im Verteilergehäuse
26 sammelnde gekühlte Luft wird über die OfRnung 30 sowie die Abluftleitung 31 nach
außen abgeleitet. Um die Heizleistung der Kühlanlage 1 zu erhöhen ist weiterhin
folgende Wirkungsweise denkbar: Das in der Verbindungsleitung 15 eingebaute Expansionsventil
17 ist vollständig geöffnet und damit außer Wirkung gebracht. Dafür befindet sich
das Expansionsventil 20 in der Leitung 19 in Betriebsstellung. Der im Erhitzer 3
ausgetriebene Dampf wird nun sowohl im Kondensator 4 als auch im Verdampfer 5 unter
Druckerhöhung bis zur Verflüssigung verdichtet. Die dabei zusätzlich im Verdampfer
5 anfallende Wärme kann nach öffnen der Klappe 32 und Schließen der Klappe 33 von
dem Gebläse 18 Uber das Luftverteilungssyxtem 14 in den Innenraum gefördert werden.
Da somit an' beiden Aggregaten 4 und 5 Verdichtungawärme anfällt, kann bei dieser
Betriebsweise infolge der größeren WarmluPtmenge eine bessere Aufheizung des Innenraumes
24 erreicht werden. Die Entspannung
des in beiden Aggregaten 4
und 5 kondensierten Dampfes erfolgt über das Expansionsventil 20 direkt in das Absorberaggregat
6. Die bei diesem Vorgang vom Dampf aufzunehmende Wärme wird der vom Erhitzer 3
in das Absorberaggregat 6 geförderten wässerigen Lösung entnommen. Da hierfurch
wässerige Lösung auf eine für die Absättigung mit Ammoniakdamps entsprechende Temperatur
gekühlt wird, kann die aus dem Erhitzer 3 kommende heiße Lösung direkt ohne vorherige
Rückkühlung im Rückkühler 7 durch eine Umgehungsleitung 40 in das Absorberaggregat
6-gefördert werden.
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Gemäß Fig. 2 wird zur Kühlung des Innerraumes 24 im Verteilergehäuse
26 des Verdämpfers 5 die Öffnung 28 durch die Klappe 32 geöffnet undedie:O£fnung
30 der Abluftleitung 31 durch die Klappe 23 geschlossen. Im Verteilergehäuse 25
des Kondensators 4 ist die öffnung 24 durch die Klappe 34 geschlossen und die öffnung
29 der Anluftleitung 15 durch die Klappe 35 geöffnet. Die Kondensator 4 anfallende
Wärme wird direkt über die Luftleitung 15 nach außen geleitet. Weiterhin befindet
sich das Expansionsventil 17 in'Betriebsatellung und das Expansionsventil 20 in
der Außerbetriebsstell'ung' Das Das Gebläse 18 fördert entweder Außenluft oder Umluft
aus dem Innenraum 24 über den Verdampfer 5, der dabei der durchströmenden Luft Wärme
entzieht, so daß durch die Öffnung 28 und das Luftverteilersystem 14 gekühlte Luft
in den Innenraum 24 gelangt. Vom Verdampfer 5 gelangt der Dampf durch die Leitung
19 in:das Absorberaggregat 6, vermischt sich dort mit der wässerigen Ldsung aus
dem Erhitzer 3 und wird -dann über di Leitung 22 dem Erhitzer 3 wieder zugef.Uhrt..
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Gemäß der Erfindung' kann der als primäre Wärmetauscher vorgesehene
Erhitzer 3 mit einem weiteren sekundären Wasser-Luftwärmetauscher zusammengeschaltet
werden. Dies ist dann notwendig, wenn das Kühlwasser im Erhitzer 3 nicht ausreichend
gekühlt werden kann.
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Der in den Figuren strichpunktiert dargestellte Wärmetauscher
ist
in die Rücklaufleitung 10 des Kühlwasserkreislaufes eingeschaltet, Ein innerhalb
der Rücklaufleitung 10 voresehenes Thermostatventil 37 steuert den Rückstrom des
KUhlwassers in der Weise, daß ab einer bestimmt-en Temperatur das Kühlwasser durch
den Wärmetauscher 36 geleitet und danach in die Racklaufleitung 9 zurückgeführt
wird.
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Um zu erreichen, daß die insgesamt an der Brennkraftmaschine 2 anfallende
Abwärme besser ausgenutzt wird, kann die Kühlanlage 1 durch insgesamt mit 38 bezeichnetes
Abgaswärmetauschersystem sowie ein weiteres Schmierölwärmetauschersystem 39 ergänzt
werden.
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Die Ausnutzung der Wärme des Schmieröles eignet sich dabei in vorteilharter
Weise bei einer Brennkraftmaschine mit Lurtkahlung.
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L e e r s e i t e