DE4232087A1

DE4232087A1 - Cooling device, in particular for air conditioning rooms

Info

Publication number: DE4232087A1
Application number: DE19924232087
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Schuetze; John Dipl Ing Yost
Original assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Current assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1994-03-31
Also published as: EP0589425A2; EP0589425A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, insbesonde re zur Klimatisierung von Räumen, mit einer Kaltdampf- Kältemaschine, die einen Kompressor, einen Kühler, eine Expansionsvorrichtung und einen Verdampfer in einem geschlossenen Kreislauf aufweist.The invention relates to a cooling device, in particular re for air conditioning rooms, with a cold steam Chiller that has a compressor, a cooler, a Expansion device and an evaporator in one has a closed circuit.

Wie bereits aus dem Aufsatz "Kaltluftkältemaschinen nach dem Joule-Prozeß" in der Zeitschrift Klima-Kälte-Heizung 5/1990, Seiten 206 bis 211, hervorgeht, nimmt im Rahmen der Suche nach alternativen Kältetechnologien zur Sub stitution von Kaltdampfprozessen mit vollhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) das Interesse am Kaltluftprozeß wegen der Unschädlichkeit des Kältemit tels Luft erneut zu. Solche Anlagen sind bisher insbe sondere im Bereich der Flugzeugklimatisierung bekannt geworden, wo es vor allem auf geringes Gewicht der An lage ankommt und Turboverdichter im Strahltriebwerk bereits vorhanden sind.As already mentioned in the article "Cold air chillers after the Joule process "in the magazine Klima-cold-heating 5/1990, pages 206 to 211, emerges, takes in the frame looking for alternative refrigeration technologies to the sub stitution of cold steam processes with fully halogenated Chlorofluorocarbons (CFCs) interest in Cold air process due to the harmlessness of the cold air again. Such systems have so far been particularly popular especially known in the field of aircraft air conditioning become where it is mainly due to light weight of the An location arrives and turbocompressors in the jet engine already exist.

Außerdem sind bereits Untersuchungen von Kaltluft-Kälte prozessen für den Einsatz in zu klimatisierenden Schie nenfahrzeugen, insbesondere Güterwagen bekannt geworden (Wissenschaftliche Zeitschrift der Hochschule für Ver kehrswesen "Friedrich List" in Dresden, 27 (1980) Heft 1, Seiten 35 bis 41). Die dort beschriebenen Kaltluft anlagen arbeiten nach einem offenen Prozeß unter Ver wendung eines Verdichters, eines Wärmeübertragers, einer Expansionsturbine und einer Mischkammer. Die Gütegrade solcher Anlagen liegen jedoch deutlich niedriger als bei den bisher mit FCKW arbeitenden Verdampferanlagen, so daß Anlagen nach dem Kaltluftprozeß sich bisher wegen des hohen Energiebedarfs nicht durchsetzen konnten.In addition, studies of cold air cooling are already underway processes for use in air-conditioned ski nen vehicles, especially freight cars (Scientific journal of the Hochschule für Ver sweeping "Friedrich List" in Dresden, 27 (1980) issue 1, pages 35 to 41). The cold air described there plants work according to an open process under Ver application of a compressor, a heat exchanger, one Expansion turbine and a mixing chamber. The grades such systems, however, are significantly lower than the vaporizer systems previously working with CFCs, so that plants after the cold air process so far because could not enforce the high energy requirement.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung, insbesondere zur Klimatisierung von Räumen, vorzuschlagen, bei der der Gütegrad bzw. Wirkungsgrad gegenüber dem klassischen Kaltluftprozeß deutlich erhöht wird, ohne daß schädliche Kältemittel wie FCKW verwendet werden müssen.The present invention is based on the object a cooling device, in particular for air conditioning of rooms to be proposed in which the quality level or Efficiency compared to the classic cold air process is significantly increased without harmful refrigerants how CFCs must be used.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Kältemittel ein Gemisch aus einer hochsiedenden ersten Komponente (z. B. Wasser) mit hoher Verdampfungswärme pro Volumen und einem tiefsiedenden Gas (z. B. Luft) als zweite Komponen te mit hohem Aufnahmevermögen für die erste Komponente verwendet wird, daß der Arbeitsdruck als Unterdruck im geschlossenen Kreislauf so eingestellt ist, daß die Siedetemperatur der ersten Komponente unterhalb der Temperatur der zu klimatisierenden Räume liegt, daß das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten derart ist, daß die zweite Komponente am Eingang der Expansionsvor richtung gerade mit der ersten Komponente als Dampf gesättigt ist, und daß als Expansionsvorrichtung eine Expansionsmaschine vorgesehen ist, deren mechanische Ausgangsleitung zum Antrieb des Kompressors oder einer Kompressorstufe mit herangezogen wird.This task is the beginning of a device mentioned type in that as a refrigerant Mixture of a high-boiling first component (e.g. Water) with high heat of vaporization per volume and a low-boiling gas (e.g. air) as a second component te with high absorption capacity for the first component is used that the working pressure as a vacuum in closed circuit is set so that the Boiling temperature of the first component below the Temperature of the rooms to be air-conditioned is that Mixing ratio of the two components is such that the second component at the entrance to the expansion Direction straight with the first component as steam is saturated, and that as an expansion device Expansion machine is provided, the mechanical Output line for driving the compressor or one Compressor stage is also used.

Durch die Wahl eines solchen Kältemittelgemisches und bei Anwendung eines Unterdrucks im geschlossenen Kreis lauf werden die Vorteile des günstigen Gütegrades bzw. Wirkungsgrades von Kaltdampf-Kältemaschinen mit dem Vorteil der Ungefährlichkeit der beiden Komponenten als Kältemittel kombiniert, wenn z. B. als erste Komponente Wasser und als zweite Komponente Luft verwendet werden. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, andere ungefährliche Komponenten statt Wasser zu verwenden wie z. B. Alkohol, weil der hohe Siedepunkt der ersten Kom ponente durch den Unterdruck in einen Bereich unterhalb der Temperatur der zu klimatisierenden Räume gebracht wird. Anstelle von Luft kann selbstverständlich jedes beliebige ungefährliche Gas verwendet werden, wichtig ist nur, daß es bei allen Betriebsbereichen gasförmig bleibt und möglichst viel von der ersten Komponente aufnehmen kann, bis eine Sättigung eintritt.By choosing such a refrigerant mixture and when using negative pressure in a closed circuit the advantages of the favorable quality grade or Efficiency of cold steam chillers with the Advantage of the harmlessness of the two components as Refrigerant combined when e.g. B. as the first component Water and air as a second component. However, it is of course also possible to others use harmless components instead of water like e.g. B. alcohol, because the high boiling point of the first com component due to the negative pressure in an area below the temperature of the rooms to be air-conditioned becomes. Instead of air, of course, everyone can any harmless gas can be used, important is just that it is gaseous in all operating areas remains and as much of the first component as possible can absorb until saturation occurs.

Normalerweise arbeiten Kaltdampf-Kältemaschinen mit einer Drossel als Expansionsvorrichtung, was einen ge ringeren Aufwand bedeutet. Durch Verwendung einer Expan sionsmaschine als Expansionsvorrichtung wird der Güte grad der Vorrichtung weiter erhöht. Solche Expansions maschinen sind bereits bei Kaltluft-Kältemaschinen ge bräuchlich und sogar notwendig, weil eine Drossel nicht zu einem notwendigen Temperaturabfall führt.Cold steam chillers usually work with a throttle as an expansion device, which is a ge means less effort. By using an expan sion machine as an expansion device is of goodness degree of the device further increased. Such expansion machines are already used in cold air chillers common and even necessary because a choke is not leads to a necessary drop in temperature.

Es liegt zunächst nahe, bei einer Kühlvorrichtung, ins besondere zur Klimatisierung von Räumen, den Kompressor und die Expansionsmaschine als Strömungsmaschinen (Tur bomaschinen) auszubilden, wie es insbesondere im Bereich der Flugzeugklimatisierung von Vorteil ist. Eine solche Ausbildung erfordert jedoch, daß bei der Verwendung einer Expansionsturbine als Expansionsmaschine sicherge stellt wird, daß vor der Turbine noch keine Kondensation auftritt, weil sonst Tröpfchen, z. B. Wassertröpfchen, der hochsiedenden ersten Komponente entstehen, die zu einer Erosion der Turbinenschaufeln führen können. Die Parameter des geschlossenen Kreislaufes und das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten müssen also innerhalb enger Grenzen konstant gehalten werden. Ein zu geringer Anteil der hochsiedenden ersten Komponente vermeidet zwar eine Kondensation am Eingang der Expan sionsmaschine, jedoch wird dann der mögliche Gütegrad der Kühlvorrichtung nicht ausgenutzt.It is initially obvious that a cooling device ins special for air conditioning rooms, the compressor and the expansion machine as fluid machines (Tur training machines), as is particularly the case in the field Air conditioning is an advantage. Such Training, however, requires that in use an expansion turbine as an expansion machine is that there is no condensation in front of the turbine occurs because otherwise droplets, e.g. B. water droplets, the high-boiling first component arise, which too can lead to erosion of the turbine blades. The Closed circuit parameters and the Mixing ratio of the two components must therefore be kept constant within narrow limits. One too low proportion of the high-boiling first component avoids condensation at the Expan entrance sion machine, but then the possible quality grade the cooling device is not used.

Darüber hinaus bereitet der Antrieb von Turbomaschinen, d. h., des Kompressors, wegen der notwendigen hohen Dreh zahlen erhebliche Probleme, wenn z. B. Elektromotoren oder Verbrennungsmotoren verwendet werden sollen.In addition, the drive of turbomachinery prepares d. i.e., the compressor, because of the necessary high rotation pay significant problems when e.g. B. Electric motors or internal combustion engines are to be used.

Ein weiterer, wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfin dung besteht deshalb darin, sowohl den Kompressor als auch die Expansionsmaschine als Verdrängungsmaschinen, insbesondere als Rotationskolbenmaschinen auszubilden. Another important aspect of the present invention therefore consists in both the compressor and also the expansion machine as displacement machines, especially to train as rotary piston machines.

Dies hat nicht nur den Vorteil, daß die zum Antrieb notwendige Drehzahl eines Antriebsmotors im üblichen Bereich von Elektromotoren oder Verbrennungsmotoren liegt, sondern daß darüber hinaus solche Verdrängungs maschinen weitgehend unempfindlich gegen in der Expan sionsmaschine ausfallendes Kondensat, z. B. Kondenswas ser, sind. Das Mischungsverhältnis der beiden Komponen ten ist also weniger kritisch. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß Verdrängungsmaschinen auch bei Teillast mit gutem Wirkungsgrad arbeiten, was bei Turbomaschinen ohne erheblichen mechanischen Zusatzaufwand nicht der Fall ist.This not only has the advantage that the drive necessary speed of a drive motor in the usual Range of electric motors or internal combustion engines lies, but that beyond such displacement machines largely insensitive to expan sion machine failing condensate, e.g. B. condensed water ser, are. The mixing ratio of the two components So ten is less critical. Another advantage Added to this is the fact that displacement machines also operate at partial load work with good efficiency, what with turbomachinery without considerable additional mechanical effort not the Case is.

Zur Aufrechterhaltung optimaler Betriebsparameter sind vorzugsweise ein Drucksensor und ein Feuchtesensor zum Messen der entsprechenden Werte im geschlossenen Kreis lauf vorgesehen, um bei Abweichungen von den Sollwerten die erste und/oder zweite Komponente nachfüllen oder ablassen zu können. Bei zu hohem Druck bzw. zu niedrigem Unterdruck kann das Gemisch auf der Hochdruckseite auf einfache Weise abgelassen werden, wenn der Betriebsdruck an dieser Stelle über dem Umgebungsdruck liegt. Liegt er jedoch, z. B. geringfügig, darunter, so kann das Gemisch durch eine entsprechende Vorrichtung abgepumpt werden. Bei Verwendung von ungefährlichen Komponenten im Kälte mittel kann das Ablassen bzw. Abpumpen ins Freie ohne Probleme erfolgen, insbesondere wenn Wasser bzw. Luft verwendet werden. Bei zu niedrigem Druck kann am Ausgang der Expansionsmaschine das Gemisch oder die zweite Kom ponente durch den Unterdruck auf der Niederdruckseite in den Kreislauf eingesaugt werden, ohne daß entsprechende Pumpvorrichtungen erforderlich sind. Im Falle von Luft als zweiter Komponente kann das Einsaugen aus der Umge bungsluft erfolgen. Sollte die Konzentration der ersten Komponente im Verhältnis zur zweiten Komponente zu nied rig sein, z. B. durch vorheriges Ablassen aufgrund zu hohen Druckes, so kann die erste Komponente aus einem Vorratsbehälter oder dergleichen über ein Dosierventil nachgefüllt werden, vorzugsweise am Eingang des Kompres sors.To maintain optimal operating parameters are preferably a pressure sensor and a moisture sensor for Measure the corresponding values in a closed circle run provided in the event of deviations from the target values refill the first and / or second component or to be able to drain. If the pressure is too high or too low The mixture can develop negative pressure on the high pressure side easily drained when the operating pressure is above ambient pressure at this point. He is lying however, e.g. B. slightly, including, the mixture be pumped out by an appropriate device. When using harmless components in the cold medium draining or pumping out into the open without Problems arise, especially when water or air be used. If the pressure is too low, the outlet the expansion machine the mixture or the second comm component due to the negative pressure on the low pressure side in the circuit can be sucked in without corresponding Pumping devices are required. In the case of air as a second component, the suction from the reverse exercise air. Should the concentration be the first Component too low in relation to the second component be rig, e.g. B. due to previous draining high pressure, so the first component from one Storage container or the like via a metering valve be refilled, preferably at the entrance to the compress sors.

Im Fall der Benutzung der Kühlvorrichtung zur Klimati sierung von Räumen ist der Verdampfer zweckmäßigerweise als erster Wärmetauscher ausgebildet, über den im Quer strom Außenluft und/oder Rezirkulationsluft geleitet und den zu klimatisierenden Räumen, insbesondere Aufent haltsräumen, zugeführt wird. Darüber hinaus ist der Kühler zweckmäßigerweise als zweiter Wärmetauscher aus gebildet, und Abluft aus den zu klimatisierenden Räumen wird im Querstrom über den zweiten Wärmetauscher ge führt, um die in der Abluft vorhandene Energie zur Küh lung auszunutzen. Eine besonders gute Energieausnutzung kann dann erfolgen, wenn der zweite Wärmetauscher in zwei Abschnitte unterteilt ist, die im Arbeitskreislauf in Serie liegen, und wenn die Abluft aus den zu klimati sierenden Räumen über den kälteren Abschnitt des zweiten Wärmetauschers geführt ist. Eine weitere Verbesserung des Energiehaushaltes kann dann erreicht werden, wenn der erste Wärmetauscher bezüglich des Querstroms als Kondensations-Wärmetauscher ausgebildet ist und wenn das dabei im Kondensationsabschnitt anfallende Kondenswas ser, oder auch Frischwasser, in den Querstrom des zwei ten Wärmetauschers zur Verdunstung eingespritzt wird. Die hierbei entstehende Verdunstungskälte verbessert den Gütegrad erheblich, ist jedoch nur bis zur Sättigung der im Querstrom durchfließenden Luft möglich. In the case of using the cooling device for air conditioning sation of rooms, the evaporator is expedient trained as the first heat exchanger, in the cross electricity outside air and / or recirculation air and the rooms to be air-conditioned, especially stays hold rooms, is fed. In addition, the Cooler expediently as a second heat exchanger formed, and exhaust air from the rooms to be air-conditioned is ge in cross flow over the second heat exchanger leads to the energy in the exhaust air for cooling to exploit lung. A particularly good use of energy can take place when the second heat exchanger in is divided into two sections, the working cycle are in series, and if the exhaust air from the too climati rooms over the colder section of the second Heat exchanger is guided. Another improvement of the energy balance can be achieved if the first heat exchanger in terms of cross flow as Condensation heat exchanger is formed and if that condensate occurring in the condensation section water, or fresh water, in the cross flow of the two th heat exchanger is injected for evaporation. The resulting evaporation cold improves the Quality grade is significant, but is only up to the saturation of the air flowing in crossflow possible.

Um die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Klimatisieren von Räumen auch bei anderen Witterungsbedingungen zum Heizen ausnutzen zu können, ist im Querstrom dem ersten Wärmetauscher ein weiterer, dritter Wärmetauscher nach geschaltet, über den bei Heizbetrieb im zweiten Wärme tauscher vorgewärmte Außenluft zugeführt wird. Hierdurch ist es möglich, die zugeführte Außenluft und/oder Rezir kulationsluft zunächst über den ersten Wärmetauscher zu kühlen und durch Kondensation zu trocknen, während die Luft dann anschließend auf die gewünschte Raumtemperatur im dritten Wärmetauscher erwärmt wird.To the air conditioning device according to the invention of rooms also in other weather conditions Being able to take advantage of heating is the first in cross-flow Another third heat exchanger after switched, via which in heating mode in the second heat preheated outside air is supplied. Hereby it is possible to use the outside air and / or recirculation first of all through the first heat exchanger cool and dry by condensation while the Then air to the desired room temperature is heated in the third heat exchanger.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs beispiels unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Diese Zeichnung zeigt schematisch das Bei spiel einer zur Klimatisierung von Räumen benutzten Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.The invention is based on an embodiment example with reference to the accompanying drawings explained. This drawing shows the case schematically game used to air-condition rooms Cooling device according to the present invention.

In der Vorrichtung treibt ein Antriebsmotor 2, insbeson dere ein Elektromotor, über eine Welle 6 einen Kompres sor 3 an, der im vorliegenden Beispiel als Rotations kolbenverdichter ausgebildet ist. Es können auch andere Verdrängermaschinen wie z. B. Hubkolbenmaschinen, Flügel zellenverdichter, Rootsgebläse, Schraubenverdichter und Membranverdichter verwendet werden.In the device, a drive motor 2 , in particular an electric motor, drives a compressor 3 via a shaft 6 , which in the present example is designed as a rotary piston compressor. Other displacement machines such as e.g. As reciprocating machines, vane cell compressors, roots blowers, screw compressors and membrane compressors can be used.

Das am Ausgang des Kompressors 3 verdichtete Kältemittel gelangt über eine Leitung 14 an einen Wärmetauscher 4, der aus zwei hintereinandergeschalteten Abschnitten 4a und 4b besteht. In diesem Wärmetauscher 4 bzw. 4a, 4b wird das verdichtete Kältemittel durch Außenluft 9 bzw. Abluft 12a, die durch einen Lüfter 21 abgesaugt wird, zwischengekühlt. Das Kältemittel gelangt dann über eine Leitung 15 zu einer Expansionsmaschine 5, die ebenfalls (wie der Kompressor 3) als Verdrängermaschine ausgebil det ist, im vorliegenden Beispiel als Rotationskolbenmo tor. Diese Expansionsmaschine 5 dient sowohl zur Ent spannung des über die Leitung 15 herangeführten Kälte mittels als auch zur Rückführung mechanischer Energie über die Welle 6 zum Kompressor 3.The refrigerant compressed at the outlet of the compressor 3 passes via a line 14 to a heat exchanger 4 , which consists of two sections 4 a and 4 b connected in series. In this heat exchanger 4 or 4 a, 4 b, the compressed refrigerant is intercooled by outside air 9 or exhaust air 12 a, which is extracted by a fan 21 . The refrigerant then passes through a line 15 to an expansion machine 5 , which is also (like the compressor 3 ) is designed as a displacement machine, in the present example as a rotary piston engine. This expansion machine 5 is used both for ent tensioning the cold brought in via the line 15 by means of and also for returning mechanical energy via the shaft 6 to the compressor 3 .

Das in der Expansionsmaschine 5 entspannte Kältemittel gelangt über eine Leitung 13 über einen als Wärmetau scher 7 ausgebildeten Verdampfer über eine Leitung 23 zurück zum Kompressor 3. Im Querstrom gelangt, durch einen Lüfter 22 gefördert, Außenluft 9 und/oder Abluft 12 aus den zu klimatisierenden Räumen 1 durch den Wärme tauscher 7, wird dort gekühlt und gelangt über Leitungen 18 und 11 zum klimatisierenden Raum 1.The refrigerant expanded in the expansion machine 5 passes via a line 13 via a shear 7 designed as a heat exchanger via a line 23 back to the compressor 3 . In cross flow, conveyed by a fan 22 , outside air 9 and / or exhaust air 12 from the rooms to be air-conditioned 1 through the heat exchanger 7 , is cooled there and reaches the air-conditioning room 1 via lines 18 and 11 .

Als Kältemittel dient ein Gemisch aus einer hochsieden den ersten Komponente, im vorliegenden Fall Wasser, mit hoher Verdampfungswärme pro Volumen, sowie einem tief siedenden Gas, im vorliegenden Fall Luft, als zweite Komponente mit hohem Aufnahmevermögen für die erste Komponente. Da Wasser bei atmosphärischem Druck einen Siedepunkt von 100°C hat, ist es selbstverständlich nicht geeignet, unter diesen Bedingungen die zu klimati sierenden Räume 1 zu kühlen. Aus diesem Grunde wird der geschlossene Kältemittel-Kreislauf unter Unterdruck betrieben, um die Siedetemperatur der ersten Komponente, im vorliegenden Fall Wasser, auf einen Wert abzusenken, der unterhalb der Temperatur der zu klimatisierenden Räume 1 liegt. Der Unterdruck bei Verwendung von Wasser liegt hierbei im Bereich von 0,2 bar.A mixture of a high-boiling first component, in the present case water, with high heat of vaporization per volume, and a low-boiling gas, in the present case air, serves as the refrigerant as the second component with high absorption capacity for the first component. Since water has a boiling point of 100 ° C at atmospheric pressure, it is of course not suitable to cool the rooms 1 to be air-conditioned under these conditions. For this reason, the closed refrigerant circuit is operated under negative pressure in order to lower the boiling temperature of the first component, in the present case water, to a value which is below the temperature of the rooms 1 to be air-conditioned. The negative pressure when using water is in the range of 0.2 bar.

Die als Trägermittel dienende zweite Komponente, im vorliegenden Fall Luft, hat ein verhältnismäßig hohes Aufnahmevermögen für die erste Komponente (Wasser), bevor eine Kondensation unter den Betriebsbedingungen stattfindet. Das Mischungsverhältnis der beiden Kompo nenten ist derart ausgebildet, daß die zweite Komponente (Luft) am Eingang (Leitung 15) der Expansionsmaschine 5 gerade mit der ersten Komponente (Wasser) als Dampf gesättigt ist. Ist der Anteil der ersten Komponente (Wasser) zu hoch, so würde in der Expansionsmaschine 5 bereits eine Kondensation erfolgen, was entweder ver mieden oder nur zum geringen Teil der Fall sein sollte, um den Betrieb der Expansionsmaschine 5 nicht zu beein trächtigen. Ist der Anteil der ersten Komponente jedoch zu gering, so wird der Gütefaktor der Kühlvorrichtung nicht voll ausgenutzt, was zu entsprechender Leistungs verschlechterung führt.The second component serving as carrier, in the present case air, has a relatively high absorption capacity for the first component (water) before condensation takes place under the operating conditions. The mixing ratio of the two compo nents is designed such that the second component (air) at the input (line 15 ) of the expansion machine 5 is just saturated with the first component (water) as steam. If the proportion of the first component (water) is too high, condensation would already take place in the expansion machine 5 , which should either be avoided or only to a small extent so as not to impair the operation of the expansion machine 5 . However, if the proportion of the first component is too small, the quality factor of the cooling device is not fully utilized, which leads to a corresponding deterioration in performance.

Es ist selbstverständlich auch möglich, statt Wasser und Luft als erste und zweite Komponenten des Kältemittels andere Stoffe zu verwenden, die jedoch ebenfalls unge fährlich sein sollten. Für die erste Komponente kämen auch andere Stoffe in Frage, wie z. B. Alkohol oder ein Alkohol-Wasser-Gemisch, während als zweite Komponente jedes beliebige Gas verwendet werden könnte, das ein gutes Aufnahmevermögen für die erste Komponente auf weist.It is of course also possible instead of water and Air as the first and second components of the refrigerant to use other substances, which are also unsuitable should be dangerous. Would come for the first component other substances in question, such as. B. alcohol or a Alcohol-water mixture while as a second component any gas could be used that a good absorption capacity for the first component points.

Um in dem Kältemittel-Kreislauf am Ausgang der Expan sionsmaschine den notwendigen Unterdruck von z. B. 0,2 bar einzustellen, ist grundsätzlich keine Vakuumpum pe erforderlich. Auf der Hochdruckseite am Ausgang des Kompressors 3 stellt sich ein höherer Druck ein, der meist oberhalb des atmosphärischen Druckes liegt. Es ist also nur erforderlich, auf der Hochdruckseite, z. B. in der Leitung 14 zwischen dem Kompressor 3 und dem Wärme tauscher 4 ein Überdruckventil 14a zu öffnen, um den Druck in der Leitung 14 entsprechend zu reduzieren. Dies führt dann auch zu einer Druckabsenkung im Niederdruck kreis (Leitungen 13, 23). Ist der Druck im Kältemittel- Kreislauf jedoch zu hoch, so kann über ein Ventil 13a Luft aus der Atmosphäre angesaugt werden, um den ge wünschten Druck auf der Niederdruckseite einzustellen. Das Mischungsverhältnis zwischen der ersten Komponente (Wasser) und der zweiten Komponente (Luft) kann, z. B. bei Wassermangel, durch einen über ein Dosierventil 23b an die Leitung 23 angeschlossenen Vorratsbehälter 23a ergänzt werden, wobei der Vorratsbehälter 23a gegebenen falls durch geeignete Maßnahmen unter Überdruck stehen muß. Dieses Füllen und Ablassen im Kältemittel-Kreislauf kann durch entsprechende Druck- und/oder Feuchtesensoren (nicht gezeigt) derart gesteuert werden, daß die optima le Einstellung gewährleistet ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß Verdrängermaschinen wie hier die Expan sionsmaschine 5, wesentlich unempfindlicher gegen Kon denswasser sind, so daß ein geringfügiger Anteil von Kondensat hier nicht stört. Im Gegensatz dazu würde eine Expansionsturbine wesentlich empfindlicher gegen Kon densationswasser sein, weil durch Wassertröpfchen eine ständige Erosion der Turbinenschaufeln stattfinden würde.To in the refrigerant circuit at the outlet of the expansion machine the necessary negative pressure of z. B. set 0.2 bar, no vacuum pump pe is required. On the high-pressure side at the outlet of the compressor 3 , a higher pressure is set, which is usually above atmospheric pressure. So it is only necessary on the high pressure side, e.g. B. in line 14 between the compressor 3 and the heat exchanger 4 to open a pressure relief valve 14 a to reduce the pressure in line 14 accordingly. This then also leads to a reduction in pressure in the low-pressure circuit (lines 13 , 23 ). However, if the pressure in the refrigerant circuit is too high, air can be drawn in from the atmosphere via a valve 13 in order to set the desired pressure on the low-pressure side. The mixing ratio between the first component (water) and the second component (air) can, for. B. in the absence of water, a storage tank 23 a connected via a metering valve 23 b to the line 23 , the storage tank 23 a if necessary must be under pressure by suitable measures. This filling and draining in the refrigerant circuit can be controlled by appropriate pressure and / or moisture sensors (not shown) in such a way that the optimal setting is ensured. However, it should be noted that displacement machines such as the expansion machine 5 are considerably less sensitive to condensation water, so that a small proportion of condensate does not interfere with this. In contrast, an expansion turbine would be much more sensitive to condensation water because water droplets would cause the turbine blades to erode continuously.

Der im Niederdruckbereich angeordnete Wärmetauscher 7 ist im vorliegenden Fall als Kondensations-Wärmetauscher ausgebildet und liefert in einem Kondensationsabschnitt 7a im Querstromkreis Wasser als Kondensat, das aus der zugeführten Außenluft bzw. rezirkulierten Abluft 12 im Wärmetauscher 7 abgeschieden wird. Dieses Kondensations wasser gelangt über eine Leitung 17 zum Wärmetauscher 4, wo es im Querstromkreis (rezirkulierte Abluft 12a) zur zusätzlichen Kühlung eingespritzt wird. Der Querstrom kreis des Wärmetauschers 4 gelangt über einen Ventilator 21 ins Freie 10. Ebenso wird der Wärmetauscher 4 mit Au ßenluft 9 beschickt, die über eine Leitung 19 und ein Ventil 19a normalerweise ins Freie 10 gelangt. Der Wär metauscher 4 ist in zwei Abschnitte 4a und 4b unter teilt, um eine wirksamere Kühlung im kälteren Abschnitt 4b durch die rezirkulierte Abluft 12a und das an der Stelle 16 eingespritzte Kondenswasser 17 zu erzielen.The heat exchanger 7 arranged in the low-pressure region is designed in the present case as a condensation heat exchanger and supplies water in a condensation section 7 a in the cross-flow circuit as condensate, which is separated from the supplied outside air or recirculated exhaust air 12 in the heat exchanger 7 . This condensation water passes through a line 17 to the heat exchanger 4 , where it is injected in the cross-circuit (recirculated exhaust air 12 a) for additional cooling. The cross-flow circuit of the heat exchanger 4 passes through a fan 21 into the open 10th Likewise, the heat exchanger 4 is charged with outside air 9 , which normally reaches the outside 10 via a line 19 and a valve 19 a. The heat exchanger 4 is divided into two sections 4 a and 4 b to achieve more effective cooling in the colder section 4 b by the recirculated exhaust air 12 a and the condensed water 17 injected at point 16 .

Um nun die zur Klimatisierung vorgesehene Kühlvorrich tung auch zum Heizen der zu klimatisierenden Räume 1 auszunutzen (bei entsprechenden Witterungsbedingungen), ist dem Wärmetauscher 7 ein weiterer Wärmetauscher 8 nachgeschaltet. Diesem Wärmetauscher 8 wird im Querstrom im Wärmetauscher 4 bzw. im Abschnitt 4a vorgewärmte Außenluft 9 über die Leitung 19 und das Ventil 19a zu geführt und ins Freie 10 geleitet, wobei das Ventil 19a entsprechend umgeschaltet wird. Bei einem solchen Heiz betrieb wird die Außenluft 9 bzw. rezirkulierte Luft 12 aus dem zu klimatisierenden Raum 1 zunächst im Wärmetau scher 7 gekühlt und durch Kondensation getrocknet und gelangt dann anschließend über die Leitung 18 sowie über den weiteren Wärmetauscher 8 und die Leitung 11 zum zu klimatisierenden Raum 1.In order to utilize the cooling device provided for air conditioning also for heating the rooms 1 to be air-conditioned (with appropriate weather conditions), the heat exchanger 7 is followed by a further heat exchanger 8 . This heat exchanger 8 is in cross flow in the heat exchanger 4 or in section 4 a preheated outside air 9 via the line 19 and the valve 19 a and led into the open air 10 , the valve 19 a being switched over accordingly. In such a heating operation, the outside air 9 or recirculated air 12 from the room 1 to be air-conditioned is first cooled in the heat exchanger 7 and dried by condensation and then passes through the line 18 and the further heat exchanger 8 and the line 11 to air-conditioning room 1 .

Auch wenn die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Kühlvorrichtung zum Klimatisieren von Räumen be schrieben wurde, so ist es selbstverständlich auch mög lich, die Kühlvorrichtung für andere Kühlzwecke zu ver wenden.Although the present invention is in connection with a cooling device for air conditioning rooms was written, so it is of course also possible Lich to ver the cooling device for other cooling purposes turn.

Claims

1. Cooling device, in particular for the air conditioning of rooms, with a cold steam refrigerator, which has a compressor, a cooler, an expansion device and a Ver evaporator in a closed circuit, characterized in that
that a mixture of a high-boiling first component (e.g. water) with high heat of vaporization per volume and a low-boiling gas (e.g. air) is used as the second component with high absorption capacity for the first component,
that the working pressure is set as negative pressure in the closed circuit so that the boiling temperature of the first component is below the temperature of the rooms ( 1 ) to be air-conditioned,
that the mixing ratio of the two components is such that the second component at the inlet ( 13 ) of the expansion device is just saturated with the first component as vapor, and
that an expansion machine ( 5 ) is provided as the expansion device, the mechanical output line for driving the compressor ( 3 ) or a compressor stage is used with.

2. Device according to claim 1, characterized in that both the compressor ( 3 ) and the expansion machine ( 5 ) are designed as displacement machines.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that both the compressor ( 3 ) and the expansion machine ( 5 ) are designed as rotary piston machines.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized by a pressure sensor and a damp tesensor for measuring the corresponding values in the ge closed circuit in order to deviate from the target values to refill the first and / or second component or drain.

5. The device according to claim 4, characterized in that at too high pressure or too low vacuum, the mixture on the high pressure side (z. B. line 14 or 15 ) is drained or pumped out and at too low pressure on the low pressure side (z Line 13 or 23 ) the mixture or the second component is sucked in by the negative pressure in the circuit.

6. The device according to claim 4, characterized in that when the first component is too low, the first component is refilled from a storage container ( 14 a) via a metering valve ( 14 b), preferably at the inlet (line 23 ) of the compressor ( 3 ).

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporator is designed as a first heat exchanger ( 7 ), via which in the cross-flow outside air ( 9 ) and / or recirculation air ( 12 ) and the rooms to be air-conditioned ( 1 ), in particular Lounges, is fed.

8. The device according to claim 7, characterized in that the cooler is designed as a second heat exchanger ( 4 ) and that exhaust air ( 12 a) from the rooms to be air-conditioned ( 1 ) is guided in cross flow over the second heat exchanger ( 4 ).

9. The device according to claim 8, characterized in that the second heat exchanger ( 4 ) is divided into two sections ( 4 a, 4 b) which are in series in the Ar beitskreislauf, and that the exhaust air ( 12 ) from the rooms to be air-conditioned ( 1 ) over the colder section ( 4 b) of the second heat exchanger ( 4 ).

10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the first heat exchanger ( 7 ) is designed with respect to the cross-flow as a condensation heat exchanger and that the cut in the condensation section ( 7 a) accumulating condensate ( 17 ), or fresh water , is injected into the cross flow (at 16 ) of the second heat exchanger ( 4 ) for evaporation.

11. The device according to one of claims 7 to 10, characterized in that a further, third heat exchanger ( 8 ) is connected downstream in cross flow to the first heat exchanger ( 7 ), via which preheated outside air ( 9 ) is supplied during heating operation in the second heat exchanger ( 4 ) becomes.