DE4005698C2 - System zum Kühlen von geschlossenen, mit einem gasförmigen Medium gefüllten Räumen - Google Patents
System zum Kühlen von geschlossenen, mit einem gasförmigen Medium gefüllten RäumenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zum Kühlen von geschlossenen, mit einem gasförmigen
Medium gefüllten Räumen, bestehend aus
einem Kanal für die Ab- und Zufuhr des gasförmigen
Mediums des Raumes, mit einem im Verlaufe des Kanals
angeordneten Kühler, mit einem am Kanaleingang
angeordneten Entspannungselement.
Klimaanlagen besitzen üblicherweise einen geschlossenen
Kältemittelkreislauf mit einem in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels
in Reihe angeordneten Kompressor, einen Kondensator, ein
Expansionsventil und einen Verdampfer. Als Arbeitsmittel kommen
flüssige Kältemittel zum Einsatz. Das Kältemittel entzieht im
Verdampfer der vorbeiströmenden Luft die Wärme und verdampft dabei.
Anschließend wird vom gleichzeitig als Kreislaufpumpe dienenden
Kompressor verdichtet. Die der Luft entzogene Wärme, durch die
Kompression jetzt mit höherer Temperatur, wird am Kondensator an die
Umgebung abgegeben. Durch die Wärmeabgabe verflüssigt sich das
Arbeitsmittel und durch das nachgeschaltete Expansionsventil entspannt
es auf niederen Druck und niedere Temperatur.
Es sind auch Klimaanlagen bekannt, bei denen als Arbeitsmedium
Gas, insbesondere Luft eingesetzt wird. So ist aus der
DE 35 33 596 A1 eine Einrichtung zur Klimatisierung von Luft in
stationären oder beweglichen Räumen bekannt, bei denen die angesaugte
Außenluft nach dem Verdichten zunächst in einem Wärmetauscher
abgekühlt, anschließend in der Turbinenseite einer Kühlturbine
entspannt und danach weiter abgekühlt sowie danach dem zu
klimatisierenden Raum zugeführt wird.
Dieser Schrift ist nicht zu entnehmen, daß sowohl der Verdichter
als auch das Entspannungselement steuerbar sind.
Weiterhin ist aus dieser Schrift bekannt, die Kühlturbine an dessen
Kompressorseite zu belassen, in dem in ihrem Ausgang ein Rückstauelement
zur Erzeugung eines Gegendruckes angeordnet ist. Eine Energierückgewinnung
findet hierbei nicht statt.
Aus der DE-OS 36 27 369 ist eine Kompressions-Klimaanlage für
Kraftfahrzeuge bekannt, bei der außer einem Hauptkondensator ein mit der
Wasserkühlung der Brennkraftmaschine in Verbindung stehender Vorkühler
sowie ein Verdampfer vorgesehen sind. Dem Kühler der Wasserkühlung ist
ein Lüfter zugeordnet. Bei der insgesamt aufwendig aufgebauten und eine
Fülle von Bauelementen aufweisenden Klimaanlage wird der Zuluftstrom für
den Fahrgastraum über den Verdampfer geführt. Einfluß auf das
Arbeitsmittel Luft wird ausschließlich durch Wärmetausch genommen.
Gleiches gilt auch für die aus der DE-OS 36 35 353 bekannten
Klimaanlage, bei der zusätzlich die Möglichkeit des Aufheizens der
Fahrgastraumluft gegeben ist.
Der Energieverbrauch der bekannten Klimaanlagen ist hoch, zumal keine
Möglichkeit der Energierückgewinnung vorgesehen ist. Zur Bewegung der zu
kühlenden Luft ist ein gesonderter Ventilator erforderlich.
In Klimaanlagen der genannten Art kommen üblicherweise Arbeitsmittel zum
Einsatz, die umweltschädlich und gerade bei der Entsorgung der Anlagen
problematisch sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein System der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine
Kühlung geschlossener Räume unter gleichzeitiger Rückführung der
frei werdenden Entspannungsenergie in das System ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Bei dem anmeldegemäßen System zum Kühlen von geschlossenen, mit
einem gasförmigen Medium gefüllten Räumen, insbesondere von
Fahrgasträumen bei Kraftfahrzeugen, oder Innenräumen von Gehäusen
elektronischer Anlagen, wird unmittelbar Einfluß genommen auf das Medium Gas, in den
meisten Fällen wird dies Luft sein. Ohne einen gesonderten
Kühl- oder Heizungskreislauf zu benötigen, wird das sich in dem zu
klimatisierenden Raum befindliche Gas aus dem Raum abgesaugt und
verdichtet. Aufgrund seines einfachen Aufbaus bietet sich ein
Rotationsverdichter an. Bei
der Verdichtung steigen der Druck und die Temperatur des Gases an. Das
Gas bzw. die Luft bei einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug wird im
verdichteten Zustand durch einen Kühler geführt. Bei einem Kraftfahrzeug
kann dabei der für die Motorkühlung vorhandene Kühler genutzt werden.
Bei dem geringen Kühlbedarf der erfinderischen Klimaanlage reicht ein
baulich kleiner Kühler. Dies bietet den Vorteil, einen kompletten
kompakten Einbausatz einschließlich Kühler an einer beliebigen Stelle
in beispielsweise einem Kraftfahrzeug, einem Wohnraum o. ä. zu
installieren.
Bei dem vorgeschlagenen System wird die Luft des Raumes umgewälzt.
In vorteilhafter Weise sind keine besonderen Maßnahmen zur Filterung
bzw. Behandlung von staubförmigen, feuchten bzw. mit ungewollten
Gasen belasteten Medien erforderlich.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Klimatisierung liegt darin,
daß für die Umwälzung der Luft in dem zu klimatisierenden Raum kein
zusätzlicher Ventilator erforderlich ist.
Das abgekühlte und mit Druck beaufschlagte Gas wird anschließend über
ein Entspannungselement geführt und strömt dann zurück in den
geschlossenen Raum. Beim Abströmen über das Entspannungselement
entspannt sich das Gas und kühlt dabei ab. Durch Verändern der Parameter
Druck und Temperatur zwischen Verdichtung und Entspannung kann auf die
Höhe der Gastemperatur bei Wiedereintritt in den geschlossenen Raum
Einfluß genommen werden. So kann, bezogen auf die Umgebungstemperatur
sowie die aktuelle Temperatur der Raumluft, die Luft im geschlossenen
Raum gekühlt werden.
Als Entspannungselement bietet sich zwecks Rückgewinnung von Energie
beispielsweise ein Flügelzellenmotor an, der mit einem Generator in
Verbindung steht. Die gewonnene Energie wird dem System der Anlage bzw.
des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt.
In dem vorgeschlagenen System wird der Verdichter durch einen Motor
angetrieben. Die zum Antreiben des Motors erforderliche Energie
wird bei dem vorgeschlagenen System teilweise aus der
Entspannungsenergie gedeckt.
Durch einen Befeuchter besteht die Möglichkeit, das Gas bzw. die Luft
auf optimale Klimawerte einzustellen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachfolgenden Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage mit
elektrischer Verbindung zwischen Strömungsmaschine und
Entspannungselement,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage mit
mechanischer Verbindung zwischen Strömungsmaschine und
Entspannungselement.
Die Fig. 1 und 2 zeigen den zu klimatisierenden geschlossenen Raum
10. An den Raum 10 angeschlossen ist ein Kanal 20 einenends mit dem
Kanaleingang 21 und anderenends mit der Mündung 23. Im Bereich des
Kanaleingangs 21 ist eine durch ein Zuluftventil 26 absperrbare
Zuluftleitung 27 vorgesehen.
In der Nähe des Kanaleingangs 21 ist eine Strömungsmaschine 30,
bestehend aus einem durch einen Motor 32 angetriebenen Verdichter 31,
vorgesehen. Der Verdichter 31 weist eine Steuerung 33 zur Änderung der
Drehzahl und/oder des Arbeitsvolumens auf.
In Strömungsrichtung hinter der Strömungsmaschine ist im Kanal 20 ein
Wärmetauscher 22 angeordnet. Der Wärmetauscher 22 besitzt einen eigenen
Kühlmittelkreislauf 25.
Vor der Mündung 23 des Kanals 20 ist ein Entspannungselement 40
angeordnet. Das Entspannungselement 40 ist durch die Steuerung 43
steuerbar und weist eine Arbeitsmaschine auf, die beispielsweise als
Turbine oder als Flügelzellenmotor ausgestaltet ist.
Zwischen dem Entspannungselement 40 und der Mündung 23 des Kanals 20
ist ein Luftbefeuchter 24 vorgesehen.
In der Fig. 1 ist die Arbeitsmaschine 41 mit einem Generator 42
verbunden, der über eine energiemäßige Verbindung 50 an den Motor 32
gekoppelt ist. Die energiemäßige Verbindung 50 weist ein Stromkabel 53
auf, das an einen Akkumulator 54 angeschlossen ist. Während des
Betriebes der Klimaanlage wird die vom Generator 42 erzeugte
elektrische Energie an den Akkumulator 54 abgegeben.
In der Fig. 2 wird die energiemäßige Verbindung 50 durch eine Welle 51
dargestellt, die eine mechanische Verbindung zwischen dem
Entspannungselement 40 und der Strömungsmaschine 30 herstellt und die
über ein Getriebe 52 mit dem Motor 32 in Verbindung steht.
Claims (13)
1. System zum Kühlen von geschlossenen, mit einem gasförmigen Medium
gefüllten Räumen, bestehend aus einem Kanal für die Ab- und Zufuhr
des gasförmigen Mediums des Raumes, mit einem im Verlaufe des
Kanals angeordneten Kühler, mit einem am Kanaleingang
angeordneten Verdichter und einem am Kanalausgang angeordneten
Entspannungselement,
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl der Verdichter (31) als auch das Entspannungselement
(40) steuerbar sind und
daß Aggregate (50) vorhanden sind, welche die am
Entspannungselement (40) rückgewinnbare Energie in das System
zurückführen.
2. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das steuerbare Entspannungselement (40) eine als Turbine (41)
ausgestaltete Arbeitsmaschine ist.
3. System nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Turbine (41) einen Generator (42) antreibt.
4. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das steuerbare Entspannungselement (40) eine als
Flügelzellenmotor (44) ausgestaltete Arbeitsmaschine ist.
5. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdichter (31) ein mit einer Steuerung (33) versehener
Rotationsverdichter ist, z. B. eine Lamellenpumpe.
6. System nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung (33) Elemente zur Änderung der Drehzahl und/oder
des Arbeitsvolumens aufweist.
7. System nach einem der Ansprüche 2-5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Flügelzellenmotor (44) und der Verdichter (31) über eine
Welle (51) verbunden sind.
8. System nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (51) von einem Motor (32) über ein Getriebe (52)
antreibbar ist.
9. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Kanal (20) vor dem Austritt (23) und nach dem
Entspannungselement (40) Elemente zur Luftbefeuchtung (24)
vorgesehen sind.
10. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für den Wärmetauscher (22) ein Kühlmittelkreislauf (25)
vorgesehen ist.
11. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Kanal (20) in Strömungsrichtung vor der Strömungsmaschine
(30) ein Zuluftventil (26) angeordnet ist.
12. System nach einem der o. g. Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Elemente (50) vorgesehen sind, die den Motor (32) und den
Generator (42) energiemäßig in Verbindung bringen.
13. System nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Elemente (50) mit einem Energiespeicher, beispielsweise
einem Akkumulator (54), verbundene Stromkabel (53) vorgesehen
sind.
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Publications (2)
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