DE633985C - Verfahren und Vorrichtung zur Kuehlung von Raeumen, insbesondere von Eisenbahnfahrzeugen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Räumen, insbesondere von Eisenbahnfahrzeugen Bei der Kälteerzeugung mittels des Kaltluftmaschinenprözesses wird Luft in einem Kompressor verdichtet, die verdichtete und dadurch erwärmte Luft in einem ruhenden Kühler gekühlt und darauf in einem Expansionszvlinder unter Arbeitsleistung entspannt, wobei ihre Temperatur unter den Anfangswert sinkt. Die im Expansionszylinder geleistete Arbeit wird hierbei mit zum Antrieb des Kompressors benutzt, dessen Antriebsmotor daher -nur den Unterschied zwischen -der Kompressionsarbeit und der Expansionsarbeit zu leisten hat. Der ideale Prozeß verläuft in der Weise, daß die Luft mit dein Anfangsdruck p, und der absoluten Anfangstemperatur To adiabatisch, d. h. ohne Wärmezufuhr oder -abfuhr, auf einen Druck p, verdichtet wird, wobei sie sich auf die Temperatur T, erwärmt, in einem Kühler unter gleichbleibendem Druck auf die Anfangstemperatur To gekühlt wird und in dem Expansionszylinder auf den Anfangsdruck p., a@diabatigch expandiert, wobei sie sich auf die Temperatur T., abkühlt (Abb. i). Hierbei ist das Verhältnis der erzeugten Kälte zur aufgewendeteii Arbeit um so größer, das Verfahren also um so wirtschaftlicher, je geringer das Verdichtungsverhältnis bzw. das Temperaturverhältnis ist. Für die Kühlung von Räumen, die für den Aufenthalt von Menschen bestimmt sind, beispielsweise von Eisenbahnfahrzeugen, und die daher einen verhältnismäßig großen Luftwechsel erfordern, ist dieses bekannte Verfahren der Kälteerzeugung bisher trotz des für seine Anwendung sprechenden geringen Temperaturverhältnisses nicht angewendet «-orden, da wegen der großen Luftmengen Turboaggregate verwendet werden müßten, deren Wirkungsgrade infolge der mehrfachen Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck und umgekehrt gering sind und das Leistungsverhältnis sehr stark beeinträchtigen würden.
• Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die dem zu kühlenden Raum zugeführte Luft unter Anwendung einer rotierenden Kaltluftmaschine dadurch zu kühlen, daß die zu kühlende Luft am Eintritt in eine rotierende Trommel durch mitrotierende Schaufeln verdichtet und an ihrem Austritt durch mitrotierende Schaufeln entspannt und ihr durch die zwischen Eintritt und Austritt liegende Oberfläche der rotierenden Trommel die Kompressionswärme entzogen. wird.
• Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber der Verwendung eines Kompressors und einer Expansionsmaschine mit dazwischengeschaltetem ruhendem Kühler besteht darin, daß die radiale Strömung der Luft beliebig langsam gestaltet werden kann. Die Verluste an den Schaufeln- sind daher sehr gering und bestehen darin,-daß die Luft an der schieben-. den Schaufel etwas dichter ist, da sie während ihrer ganzen Radialbewegung tangeir-: tial beschleunigt werden muß. Es wird als im wesentlichen ein Verlust auftreten, der lediglich der eigentlichen Förderleistung entspricht, die die eines gewöhnlichen Ventilators mit einem Gefälle von ioo mm WS kaum zu übersteigen braucht. Das auf der Eintrittsseite der Trommel für die Tangentialbeschleunigung der Luft aufzuwendende Drehmoment wird auf der Austrittsseite fast bis auf den der theoretischen Kälteleistung entsprechenden Anteil wieder zurückgewonnen, da auch auf dieser Seite der Expansionsvurgang ohne ins Gewicht fallende Geschwindigkeiten vor sich geht, wobei die Luft tangential verzögert wird und die Schaufeln weiterschiebt.
• Es sind bereits rotierende Kaltluftmaschinen bekannt, bei welchen Luft durch bei der Drehung eines Behälters infolge der Fliehkraft nach außen geschleudertes Quecksilber angesaugt und verdichtet wird, die dann nach Kühlung in einem umlaufenden Kühler durch Verschieben des Quecksilbers gegen die Fliehkraft Arbeit leistet und hierbei unter die Anfangstemperatur abkühlt. Da die Luft während dieses Vorganges in innige Berührung mit dem Quecksilber gelangt und infolgedessen Quecksilberdampf aufnimmt, eignet sich dieses Verfahren nicht dazu, Luft zu kühlen, die in bewohnte Räume geleitet wer--den soll. Es muß daher ein geschlossener Kreislauf für die gekühlte Luft vorgesehen werden, die dann in einem besonderen Wärmeaustauscher einen Teil ihrer Kälte an die Raumluft abgibt. Durch diesen zusätzlichen Wärmeaustauscher wird die Kühlanlage verteuert und so vergrößert, daß die Unterbringung derselben, insbesondere wenn es sich um die Kühlung von Eisenbahnfahrzeugen handelt, Schwierigkeiten bereitet. Außerdem wird hierdurch die Wirkung beeinträchtigt, da, wenn der Wärmeaustauscher nicht übermäßige Abmessungen erhalten soll, eine bestimmte Temperaturdifferenz. zwischen den beiden durch denselben gehenden Strömen erforderlich ist, so daß zur Erzielung der gleichen Kühlung ein höherer Leistungsaufwand in der eigentlichen Kältemaschine erforderlich ist als beim erfindungsgemäßen Verfahren.
• In Abb: a ist eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Kaltluftmaschine schematisch dargestellt. Sie besteht aus einer an der Eintritts- und an der Austrittsseite der Luft mit radialen Schaufeln 2 bzw. 3 versehenen umlaufenden Trommel i, deren Mantel glatt ausgebildet oder zur Vergrößerung seiner Oberfläche mit Kühlrippen versehen sein kann. Am zweckmäßigsteh ist die im dargestellten gewählte Wellrohrform, da sie eine "_@rßße Kühlfläche auf kleinem Raum unterzubi=ingen gestattet.
• Die durch die Eintrittsöffnung 5 eintretende Luft wird durch die Schaufeln 2 verdichtet, strömt dann an der Kühlfläche 4 entlang, wobei sie ihre Kompressionswärme an die umgebende Luft abgibt, und verläßt die Trommel i, nachdem sie durch Entspannung an den Schaufeln 3 Arbeit geleistet hat, durch die Austrittsöffnung 6. Gegebenenfalls kann die Luft vor Eintritt in die rotierende Trommel mittels eines Gebläses vorverdichtet und so die erforderliche Drehzahl der Trommel herabgesetzt werden. -Die Wirkung des Kühlers kann in an sich bekannter Weise dadurch erhöht wenden, daß in die die Kühlfläche umgebende Luft Wasser eingespritzt wird.
• Die infolge der Zentrifugalwirkung kondensierende Luftfeuchtigkeit wird durch im Umfang der Trommel angeordnete kleine Öffnungen herausgeschleudert und kann sofort der umgebenden Kühlluft zugeführt werden, um deren Temperatur zu erniedrigen. An Stelle den Mantel mit Öffnungen zu versehen, kann man ihn erfindungsgemäß ganz oder teilweise aus einem flüssigkeitsdurchlässigen Material bilden, so daß nur das Kondenswasser, nicht aber dieLuft austreten kann. Erfindungsgemäß kann auch zur besseren Trocknung der Luft eine flüss.igl:eitsabsorbierende Flüssigkeit, beispielsweise Glycerin, in die Trommel eingespritzt werden, die herauszentrifugiert wird und dann durch Wärmebehandlung regeneriert werden kann.
• Bei voller Sättigung der zu kühlenden Luft würde im Expansionsteil der rotierenden Trommel keine genügende Temperaturabnahme zustande kommen, da der kondensierende Dampf so viel.Wärme an die Luft abzugeben vermag, daß die Temperaturen nur wenig abnehmen.
• In diesem Falle würde man sieh jedoch entweder mit dem Vorteil begnügen, daß der Nebel herauszientrifugiert wird, oder aber man kann die getrocknete, noch warme Luft dann in einer oder mehreren weiteren umlaufenden Trommeln weiter kühlen.
• Eine solche Einrichtung ist in Abb. 3 dargestellt. Bei dieser sind zwei umlaufende Trommeln auf einer gemeinsamen Achse angeordnet, so däß die Austrittsöffnung der ersten Stufe unmittelbar mit der Eintrittsöffnung der zweiten Stufe zusammenfällt.
• Abb. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der umlaufenden Trommel, bei welcher um die Achse 7 ein Rohr 8 angeordnet ist, das durch je zwei gegenüberstehende durch je eine Trennwand g voneinander getrennte Kanäle io bzw. i i mit dem einerseits durch die wellenfärmige Außenwand .4 der Trominel i, andererseits durch zwei Kernkörper 12 gebildeten Ringraum 13 in Verbindung steht. Das Rolir 8 ist durch eine Längswand 1,4 in Hälften unterteilt, von denen die eine nahe dem Austrittsende, die andere nahe dem Eintrittsende durch schräg angeordnete Querwände 15 und 16 abgeschlossen ist.
• Die zu kühlende Luft tritt in die mit der Eintrittsöffnung 5 in Verbindung stehende Hälfte des Rohres 8 ein, wird auf ihrem Weg durch die Kanäle io verdichtet und strömt auf der Innenseite des Mantels .I teils in, teils entgegen der Drehrichtung der Trommel i, wobei sie ihre Kompressionswärme an die umgebende Luft abgibt. Die gekühlte Luft strömt unter Arbeitsleistung durch die radialen Kanäle i i zu der anderen Hälfte des Rohres 8 und von 9 zum Auslaß 6.
• Um die Eintrittsverluste klein zu halten, kann erfindungsgemäß, wie in Abb. 5 dargestellt, vor dem Eintritt 5 eine mitdrehende Düse 17 angeordnet werden, die mit Förderschaufeln 18 versehen sein kann und das zum Hindurchdrücken der Luft durch die Trommel erforderliche Gefälle schafft. Entsprechend kann auch am Auslaß eine Austrittsdüse angeordnet werden. In der Eintrittsdüse erhöht sich die Rotation des eintretenden sich verengenden Luftstrahles von selbst.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Kühlung von Räuinen, insbesondere von Eisenbahnfahrzeugen, unter Anwendung einer rotierenden Kaltluftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die zu kühlende Luft am Eintritt in eine rotierende Trommel durch mitrotierende Schaufeln verdichtet und an ihrem Austritt durch mitrotierende Schaufeln entspannt und ihr durch die zwischen Eintritt und Austritt liegende Oberfläche der rotierenden Trommel die Kompressionswärme entzogen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft vor Eintritt in die rotierende Trommel mittels eines Gebläses vorverdichtet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2 dadurch gekennzeichnet, daß in die die Kühlfläche der rotierenden Trommel umgebende Luft in an sich bekannter Weise Wasser eingespritzt wird. .I.
4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die rotierende Trommel eine flüssigkeitsabsorbierende Flüssigkeit, beispielsweise Glycerin, eingespritzt wird, die hinauszentrifugiert und durch Wäimebehandlung regeneriert wird.
5. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i bis 4., gekennzeichnet durch eine umlaufende, an der Eintritts- und an der Austrittsseite der Luft mit radialen Schaufeln versehene Trommel, deren Mantel innen glatt oder innen mit Kühlrippen versehen oder im Längsschnitt wellenförmig ausgebildet ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch im Mantel der rotierenden Trommel angeordnete Öffnungen, durch welche die kondensierende' Luftfeuchtigkeit,- gegebenenfalls zusammen mit der flüssigkeitsabsorbierenden Flüssigkeit, herausgeschleudert wird.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der rotierenden "Trommel ganz oder teilweise aus einem feuchtigkeitsdurchlässigen Material gebildet ist. B. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 7, gekennzeichnet durch ein um die Achse (7) der Trommel (i) angeordnetes Rohr (8), das durch je zwei gegenüberstehende, durch je eine Trennwand (9) voneinander getrennte Kanäle (io und ii) mit dem einerseits durch die Außenwand (d.) der Trommel (i), andererseits durch zwei Kernkörper (1z) gebildeten Ringraum (13) in Verbindung steht und durch eine Längswand (1.I) in Hälften unterteilt ist. von denen die eine nahe dem Austrittsende, die andere nahe dem Eintrittsende durch schräg angeordnete Querwände (15 und 16) abgeschlossen ist. g. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere rotierende Trommeln auf einer Achse hintereinander angeordnet sind. io. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 9, gekennzeichnet durch eine Eintrittsöffnung und gegebenenfalls eine düsenförmige Austrittsöffnung. i i. Einrichtung nach Anspruch 5 bis i o, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsdüse Förderschaufeln enthält.