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Gerät zur externen Belüftung und Klimatisierung
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von auf dem Boden befindlichen Flugzeugen o.
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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur externen Relüftung und Klimatisierung
von auf dem Boden befindlichen Flugzeugen o. dgl., welches aus einer Kühl- und einer
Heizeinrichtung besteht, durch deren Wärmetauscher die aufzubereitende Luft mittels
eines Gebläses geführt wird, wobei der der Kühleinrichtung zugehörige Belüfter des
Kondensators und Kompressor sowie das Gebläse an einen Verbrennungsmotor angeschlossen
sind.
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Zur externen Belüftung und Klimatisierung von auf dem Boden befindlichen
Flugzeugen sind mobile Geräte bekannt, die mittels eines flexiblen Schlauches an
das im Flugzeug vorhandene Luftverteilersystem angeschlossen werden, wenn dessen
bordeigene Luftaufbereitungseinrichtung nicht in Betrieb ist. Die zugehörige Kühleinrichtung
besteht aus einem Kompressor, ein oder mehreren luftgekühlten Kondensatoren und
einem Verdampfer-Wärmetauscher. Zur Erwärmung der Luft ist es bekannt, die aufzubereitende
Luft durch
einen Wärmetauscher zu führen, der vom Kühlwasser des
Dieselmotors aufgeheizt wird. Die aufzubereitende Luft wird mittels eines Gebläses
durch die Wärmetauschereinheiten geführt. Der Kompressor und die Gebläse werden
in der Regel von einem Dieselmotor angetrieben, wobei diese entweder mittels mechanischer
Kupplungsorgane unmittelbar an den Dieselmotor angeschlossen sind oder der Dieselmotor
einen elektrischen Generator antreibt, mit dessen Strom dem Antrieb des Kompressors
und der Gebläse dienende Elektromotoren gespeist werden. Diese durch Dieselmotoren
angetriebenen Belüftungs- und Klimatisierungsgeräte haben jedoch den Nachteil, daß
immer nur eine Teilleistung des Dieselmotors für die Kühl- oder Heizzwecke nutzbar
ist. Für Heizungszwecke steht immer nur jene Abwärme des Motors und des Abgases
zur Verfügung, die gerade in Abhängigkeit von der Motorleistung erzeugt wird, wobei
jedoch der Motor in der Regel von der eingestellten Gebläseleistung gesteuert wird.
Für viele Zwecke reicht die Heizleistung jedoch nicht aus, so daß zusätzliche teure
Heizeinrichtungen erforderlich sind.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der
gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß die volle Wellenleistung des Verbrennungsmotors
in Heizleistung umwandelbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebsorgane
der Kühl- und Heizeinrichtungen über je ein stufenlos verstellbares hydrostatisches
Getriebe mit dem Verbrennungsmotor verbunden sind und der Wärmetauscher der Heizeinrichtung
mittels eines Wegeventils über ein Druckeinstellventil an eine der Kühleinrichtung
zugeordnete hydrostatische Pumpe anschließbar ist.
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Die stufenlos verstellbaren hydrostatischen Getriebe erlauben zunächst
durch einfaches Verstellen ein Ein- oder Abschalten der Antriebsorgane der Kühl-und
Heizeinrichtungen. Für die Luftbeheizung wird die Kühleinrichtung ausgeschaltet
und eine ihrer hydrostatischen Pumpen für die Beheizung verwendet.
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In Verbindung mit dem Druckeinstellventil wird die Pumpenleistung
in Wärmeenergie umgewandelt, die von dem hydraulischen Medium aufgenommen und zum
Wärmetauscher transportiert wird, wo sie auf die durchgeblasene Luft übertragen
wird. Durch Verstellung der hydrostatischen Pumpe und des Druckeinstellventils läßt
sich die Heizleistung auf einfache Weise steuern.
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Die vom Verbrennungsmotor gelieferte Abtriebsleistung ist in vorteilhafter
Weise regelbar in Wärmeenergie zur Luftbeheizung umwandelbar, ohne auf die begrenzte
Abwärme des Motors und der Motorabgase angewiesen zu sein. Der Verbrennungsmotor
kann dabei in seinem wirtschaftlichsten Drehzahlbereich gefahren werden.
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Die Anschlüsse der hydrostatischen Getriebe bzw. der Pumpen an die
Welle des Verbrennungsmotors können mit Hilfe verschiedener Getriebe erfolgen; vorzugsweise
ist der Verbrennungsmotor mit einem Verteilergetriebe versehen, welches eine zum
Anschluß der verschiedenen Antriebsorgane erforderliche Anzahl von Abtriebswellen
aufweist.
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Zweckmäßig ist es, alle Antriebsorgane, nämlich das Gebläse für die
aufzubereitende Luft und den der Kühleinrichtung zugehörigen Belüfter des Kondensators
und den Kompressor über je ein hydrostatisches Getriebe an das Verteilergetriebe
anzuschließen. Bei dieser Ausführung ist der Wärmetauscher am günstigsten an die
dem Kompressor zugehörige hydrostatische Pumpe angeschlossen. Ist der Kompressor
jedoch entsprechend einer anderen Ausführung über eine schalt-
bare
Kupplung an das Verteilergetriebe angeschlossen, kann der Wärmetauscher an die dem
Belüfter des Kondensators zugehörige hydrostatische Pumpe angeschlossen sein. In
Fällen, wo eine besonders große Heizleistung verlangt wird, besteht die Möglichkeit,
zur Beheizung dr Luft zwei Wärmetauscher vorzusehen, von denen einer an die dem
Kompressor zugehörige hydrostatische Pumpe und der andere Wärmetauscher an die dem
Belüfter des Kondensators zugehörige hydrostatische Pumpe angeschlossen ist. Anstelle
dieses Parallelbetriebes oder in weiterer Ergänzung kann ein weiterer, der Luftbeheizung
dienender Wärmetauscher vorgesehen sein, der in an sich bekannter Weise an die Kühlmittel
leitung des Verbrennungsmotors und/oder eines Abgaswärmetauschers angeschlossen
ist.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt; es zeigt:
Fig. 1 ein Belüftungs- und Klimatisierungsgerät in einem Blockschaltbild und Fig.
2 eine andere Ausführungsform mit einer schaltbaren Kompressorankupplung in einem
Teil-Blockschaltbild.
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Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Gerät ist vor allem zur externen
Belüftung und Klimatisierung des Fahrgastraumes von auf dem Boden befindlichen Flugzeugen
bestimmt, wenn die entsprechenden bordeigenen Einrichtungen abgestellt sind. Das
Gerät ist aber ebenfalls für andere Räume, z.B. in Schiffen, Lagerhäuser u. dgl.
brauchbar. In der Regel ist das Gerät zwecks Mobilität als Baueinheit auf dem Fahrgestell
eines Lastkraftwagens angeordnet. Die mit Hilfe des Gerätes klimatisierte Luft wird
durch
einen flexiblen Schlauch an die bordeigene Luftverteilungsanlage
angeschlossen.
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Dem Antrieb des Gerätes dient ein Verbrennungsmotor 1, vorzugsweise
ein Dieselmotor. An dessen Abtriebswelle ist ein Verteilergetriebe 2 mit drei Abtriebswellen
angeschlossen. Jede Abtriebswelle ist mit einem hydrostatischen Getriebe verbunden.
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Ein erstes hydrostatisches Getriebe besteht aus einer stufenlos regelbaren
hydrostatischen Pumpe 3, einer Leitung 6 und einem hydrostatischen Motor 7, an den
ein Belüfter 8 für einen Kondensator 9 angekuppelt ist. Der Belüfter 8 belüftet
gleichzeitig den Maschinenraum, in dem die Aggregate angeordnet sind. Ein weiteres
hydrostatisches Getriebe, bestehend aus einer regelbaren hydrostatischen Pumpe 4,
einer Leitung 10 und einem hydrostatischen Motor 11, treibt ein Gebläse 12 an, mit
dem die aufzubereitende Luft durch einen Wärmetauscherblock 13 gesaugt und über
einen flexiblen Schlauch (nicht dargestellt) in den Fahrgastraum -eines Flugzeuges
oder zu einer anderen Verbraucherstelle gefördert wird. Das Gebläse 12 kann beispielsweise
als Radialgebläse ausgebildet sein. Ein drittes hydrostatisches Getriebe besteht
aus der regelbaren hydrostatischen Pumpe 5, einer Leitung 14 und einem hydrostatischen
Motor 15, der mit dem Kompressor 16 der Kühleinrichtung verbunden ist.
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Alle hydrostatischen Pumpen 3 bis 5 lassen sich von Null bis zu ihrer
maximalen Drehzahl stufenlos einstellen und können beispeilsweise Axialkolbenpumpen
sein.
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Die Kühleinrichtung besteht aus dem Kompressor 16, einer Leitung 17
für das Kühlmittel, einem dem Wärmetauschblock 13 zugeordneten Verdampfer 18 und
dem Kondensator 9, dem der Belüfter 8 zugehört. Zum Kühlbetrieb wird die hydrostatische
Pumpe 5 auf die für
die verlangte Kühlleistung entsprechende Umdrehung
eingestellt. Das Kühlmittel wird mittels des Kompressors 16 verdichtet und in üblicher
Weise im Kreislauf über den Verdampfer 18 und den Kondensator 9 geführt. Gleichzeitig
ist die hydrostatische Pumpe 3 eingestellt, so daß der Belüfter 8 des Kondensators
9 in Betrieb ist. Weiterhin wird durch die hydrostatische Pumpe 4 und den hydrostatischen
Motor 11 das Gebläse 12 angetrieben, welches die Luft durch den Verdampfer 18 saugt,
wobei diese gekühlt wird.
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Zur Beheizung der Luft sind in der Ausführung nach Fig. 1 zwei Heizeinrichtungen
vorgesehen, einmal eine die kinetische Energie des Verbrennungsmotors 1 nutzbar
machende Heizeinrichtung und ergänzend eine die Abwärme des Verbrennungsmotors und
die Abgaswärme verwertende Heizeinrichtung.
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Der Heizeinrichtung, welche die kinetische Energie des Verbrennungsmotors
1 nutzt, ist bei der Ausführung nach Fig. 1 die hydrostatische Pumpe 5 zugeordnet,
die bei Kühlbetrieb dem Antrieb des Kompressors 16 dient und bei Heizbetrieb die
kinetische Energie in Wärmeenergie umwandelt. Hierfür ist in der Leitung 6 des hydrostatischen
Getriebes ein Wegeventil 19 angeordnet, welches eine Leitung 21 an die hydrostatische
Pumpe 5 anschließt. Die Leitung 21 führt über ein Druckeinstellventil 20, vor dem
ein hoher Druck von beispielsweise 250 bar aufgebaut wird.
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Dabei wird das hydraulische Medium stark erwärmt.
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Das erwärmte Medium gelangt über die Leitung 21 zu einem im Wärmetauscherblock
13 angeordneten Wärmetauscher 22, wo die Wärme auf die aufzuheizende Luft übertragen
wird. Das wieder abgekühlte flüssige Medium gelangt durch eine Leitung 23 und über
ein
Rückschlagventil in die Rückflußleitung des hydrostatischen
Getriebes zwischen hydrostatischem Motor 15 und hydrostatischer Pumpe 5. Die Wärmeleistung
läßt sich durch Einstellung der hydrostatischen Pumpe 5 und durch Einstellung des
Druckeinstellventils 20 steuern.
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Das Gerät läßt sich mit einfachen Regel einrichtungen ausrüsten, welche
die Kühl- oder Heizeinrichtungen in Abhängigkeit von der Temperatur der aufbereiteten
Luft zu- oder abschalten und regeln. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines am
Ausgang des Gebläses 12 angeordneten Temperaturfühlers 24 geschehen. Zur Einstellung
der Luftmenge kann an der gleichen Stelle ein Drucksensor 25 angeordnet sein. Ein
am Kondensator 9 angebrachter Temperaturfühler 26 liefert eine weitere Meßgröße
zur Regelung der Kühlleistung und/oder Belüftung des Maschinenraumes.
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Die vorstehend beschriebenen Bauteile und Funktionen gehören zur Grundausstattung
des Gerätes und ermöglichen eine Kühlung oder Beheizung der Luft, gestatten aber
auch eine alleinige Belüftung mit Hilfe des Gebläses 12 bei ausgeschalteten Kühl-
und Heizeinrichtungen. Wahlweise kann zur Ausnutzung der Abwärme des Verbrennungsmotors
1 und der Abgaswärme eine zusätzliche Heizeinrichtung vorgesehen werden, die den
in Fig. 1 gezeigten Aufbau haben kann.
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In der Kühlmittel leitung 27 des Verbrennungsmotors 1 ist ein temperaturabhängiges
Wegeventil 28 angeordnet, welches in der Anfahrphase das Kühlmittel bis zum Erreichen
der Betriebstemperatur in kleinem Kreislauf führt. Bei Erreichen der Betriebstemperatur
schaltet das Wegeventil 28 um und leitet das Kühlmittel über ein Wegeventil 29 durch
den üblichen, mit einem Gebläse ausgerüsteten Wärmetauscher 30 des Motorblocks.
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Der Rückfluß zum Verbrennungsmotor 1 geschieht über die Leitung 31.
Zur Ausnutzung der Abwärme wird das Wegeventil 29 verstellt, so daß das Kühlmittel
über eine Leitung 32 durch einen im Wärmetauscherblock 13 angeordneten Wärmetauscher
33 strömt. Um auch die Abgaswärme auszunutzen, wird das Kühlmittel, z.B.
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ein Wärmeöl, durch einen Abgaswärmetauscher 35 und dann wieder zurück
durch den Wärmetauscher 33 und über ein Rückschlagventil 40 zum Motorblock geführt.
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Für die Förderung des Kühlmittels ist eine von einem Motor 39 angetriebene
Pumpe 38 vorgesehen. Bei ausgeschalteter Pumpe 38 läuft das Kühlmittel aus dem Abgaswärmetauscher
35 in einen Vorratsbehälter 37.
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Dem Wärmetauscherblock 13 ist ein Filter 41 zugeordnet. Ebenso kann
zur Einstellung der gewünschten Luftfeuchtigkeit ein geeigneter Befeuchtungs- oder
Trocknungsapparat vorgesehen sein.
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In Fig. 2 ist ein Ausschnitt der Fig. 1, jedoch mit Abwandlungen,
gezeigt. Die in Fig. 2 nicht gezeigten Bauteile entsprechen der Ausführung der Fig.
1. Der wesentliche Unterschied der Ausführung nach Fig. 2 besteht darin, daß der
Kompressor 16 durch eine schaltbare Kupplung 42 an das Verteilergetriebe 2 angeschlossen
ist. Daher ist die Heizeinrichtung der hydrostatischen Pumpe 3 zugeordnet, die bei
Kühlbetrieb den Belüfter 8 antreibt. In gleicher Weise ist ein Wegeventil 19a und
ein in der Leitung 21a angeordnetes Druckeinstellventil 20a vorgesehen. Die Leitung
21a führt zum Wärmetauscher 22 (vgl. Fig. 1), an den sich die Rückleitung 23a anschließt.
Zur Umstellung von Kühlbetrieb auf Heizbetrieb wird zunächst die Kupplung 42 gelöst
und danach das Wegeventil 19a betätigt.
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Bei dem Gerät lassen sich verschiedene Abwandlungen verwirklichen.
So besteht die Möglichkeit eines
Parallelbetriebes von zwei die
kinetische Energie des Verbrennungsmotors 1 ausnutzenden Heizeinrichtungen, indem
zur Beheizung der Luft zwei Wärmetauscher 22 vorgesehen sind, von denen einer an
die dem Kompressor 16 zugehörige hydrostatische Pumpe 5 und der andere an die dem
Belüfter 8 zugehörige hydrostatische Pumpe 3 angeschlossen ist.
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Reicht bei Heizbetrieb die Heizleistung der einen Heizeinrichtung
nicht aus, kann die andere zugeschaltet werden. Diese Ausführung läßt sich auch
mit der die Abwärme des Motors bzw. die Abgaswärme nutzenden Heizeinrichtung kombinieren.
Weitere Abwandlungsmöglichkeiten bestehen für die Ankupplung des Kompressors 16
an das Verteilergetriebe 2. Statt einer schaltbaren Kupplung 42 kann in Verbindung
mit einer Bremsvorrichtung eine hydrodynamische Kupplung Verwendung finden. Weiterhin
können auch mehrere Kondensatoren 9 und mehrere Belüfter 8 vorgesehen sein. Schließlich
sind die hydrostatischen Getriebe mit den üblichen Hilfseinrichtungen, wie Filter,
Leckpumpen u. dgl., ausgerüstet.