EP1517099A1 - Klimatisierter mobiler Container - Google Patents

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EP1517099A1
EP1517099A1 EP04021514A EP04021514A EP1517099A1 EP 1517099 A1 EP1517099 A1 EP 1517099A1 EP 04021514 A EP04021514 A EP 04021514A EP 04021514 A EP04021514 A EP 04021514A EP 1517099 A1 EP1517099 A1 EP 1517099A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
brine
mobile container
container according
circuit
air
Prior art date
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Granted
Application number
EP04021514A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1517099B1 (de
Inventor
Albert Dr. Fritzsche
Peter Geiselhart
Christian Grömmer
Günther Waschilewski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EADS Deutschland GmbH filed Critical EADS Deutschland GmbH
Priority to SI200430035T priority Critical patent/SI1517099T1/sl
Publication of EP1517099A1 publication Critical patent/EP1517099A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1517099B1 publication Critical patent/EP1517099B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C13/00—Portable extinguishers which are permanently pressurised or pressurised immediately before use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/06—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/0001—Control or safety arrangements for ventilation
    • F24F2011/0006—Control or safety arrangements for ventilation using low temperature external supply air to assist cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2221/00—Details or features not otherwise provided for
    • F24F2221/44—Protection from terrorism or theft

Definitions

  • the invention relates to an air-conditioned mobile container according to the preamble of claim 1
  • Container (often referred to as a shelter) of different sizes.
  • the application area includes temperatures from at least -32 to + 49 ° C, high humidities, sand and dust.
  • the ambient temperatures that exceed the maximum not insignificant.
  • the hygiene of the air exchange including ABC protection.
  • the Mobility of the overall system aggravates the need for high reliability and partial redundancy. And overall that should help to realize this technical requirements required construction volume remain as small as possible to the Working space of the container for the need of the technical room not too restrictive to have to.
  • JP 2003065559 A an air conditioner of two functionally identical submodules for air conditioning of two rooms is described.
  • the sub-modules can be operated either independently of each other or together, such that the cooling air flows of the sub-modules can be divided in different proportions to the rooms to be air-conditioned.
  • the mobile container according to the invention comprises a work space and a associated with the container engineering space, either a subspace of the container forms or is a separate housing.
  • the technical room contains for cooling, Heating and fresh air supply of the working space an air conditioning. Because the used air conditioning for temperature control and fresh air supply, not However, designed for the control of humidity, such air conditioning often referred to as partial air conditioning.
  • the air conditioning is cold water air conditioning formed and includes in addition to a coolant circuit with a so coupled brine circuit.
  • a brine circuit is with at least one convector, preferably designed as a fan coil coupled within the work space is installed.
  • the fresh air supply (both for Normal operation as well as for ABC operation), preferably directly through the partition takes place, requires comparatively small flow cross-sections.
  • the cold water air conditioning system comprises in an advantageous embodiment several, preferably two functionally (not necessarily in terms of performance) identical and coupled sub-modules, both independently and as well can be operated together.
  • the brine circuits of the submodules are also with one or more convectors, preferably fan convectors, coupled. Fan convectors for the temperature control of the circulating air are within the Workroom installed.
  • the two sub-modules can advantageously certain cooling functions within the Be assigned to a whole system: a sub-module may be wholly or used for the air conditioning of the circulating air, while another sub-module used wholly or mainly for the air conditioning of the intake fresh air becomes.
  • Each of the brine circuits is, preferably via quick-release couplings, with at least coupled to a fan coil, of which at least one of the Temperature control of the circulating air is located within the working space.
  • High-pressure disturbances in the refrigerant circuit are in a known manner by the Installation of a MOP valve (maximum opening pressure) avoided.
  • MOP valve maximum opening pressure
  • the performance of the Cold water air conditioning on two or more functionally identical and with each other be split coupled submodules.
  • This is next to the independent one Operation of each module also a joint operation of two or more Submodules possible to achieve partial redundancy.
  • the brine circuits of two sub-modules interconnected so that the brine pumps alternately the other Keep the circuit in operation and also switch both pumps to one circuit can. If one pump fails, both circuits can also be driven by the same pump be circulated.
  • both evaporator heat exchanger in series to one Switch brine circuit. This cools the circulating air and thus the working space accelerates, with the associated fan coil for this operating point must be sized.
  • the necessary amount of circulating air results from the acceptable temperature difference between air inlet and air outlet on the fan coil.
  • the fresh air quantity or number of air changes specified by DIN standards for civil applications and stationary systems must be handled more flexibly for mobile systems. This also in terms of security of supply under limited conditions, such as limited power supply (device priority), technical damage cases, fewer people, stand-by operation. In any case, it makes more sense to keep the room temperature at a tense power supply than the fresh air flow of 20 to 40 m 3 / h person.
  • the brine circuit can also be used advantageously as a heat carrier when in cold regions must be heated (heating demand due to transmission losses and fresh air heating).
  • the flow through the evaporator heat exchanger is short-circuited.
  • One or more electric heating coil are flowed around by the brine. Any possible use of the waste heat of the diesel generator unit needed another heat exchanger for diesel cooling water / brine. It is true in two circles around a liquid of the same composition, in the interest of the modular construction and reliability, however, a separation is advantageous.
  • the fresh air supply in the ABC case is made by a high-pressure fan and Filter existing aggregate, which due to a strict type test for the Special application not modified or with other subsystems except the one and the other Shutdown and the air duct can be networked.
  • a high-pressure fan and Filter existing aggregate due to a strict type test for the Special application not modified or with other subsystems except the one and the other Shutdown and the air duct can be networked.
  • all other air inlets must be closed and the air outlet must be via a pressure relief valve.
  • the system control and electrical power supply compares to stationary installations supplied by a stable interconnected grid following features. All electrical consumers are in accordance with their Demand priority locked so that a given maximum value of consumption is not is exceeded. That is, e.g. in the case of a high starting current consumer lower priority can be switched off early, even in transient Operating situations not to exceed the maximum power. Even with a strong The system does not come to a standstill due to reduced external service but automatically adapts to the offer by reducing the load.
  • Monitoring and control means are correspondingly aggressive Environmental conditions and increased operational reliability. These include the electrical and thermal control of the start-up of the refrigeration compressor, service life extension and speed grading or regulation of the various fans.
  • FIG. 1 shows the overview diagram of the container according to the invention with a technical room 1 and to be conditioned working space 2 in a first embodiment.
  • the two submodules of the cold water air conditioning system are installed in the Engineering room 1.
  • she include as essential components, the refrigerant circuits 91,101 and the brine circuits 4.5.
  • Both sub-modules 9,10 are connected to a respective fan coil 15,17, which are both within the working space 2 in this embodiment.
  • the channel 6 becomes passed through the shut off in ABC operation opening 13 into the working space 2 and, combined with the sucked circulating air flow 14, the first fan coil 15 supplied.
  • the Fan convector 15 connected in series with the second fan coil 17. in the ABC case, the fresh air supply via the unit 8, which is essential Components includes a high-pressure fan and filters.
  • the pressure holding valve 18 stabilizes, especially during ABC operation, the interior pressure above ambient pressure. This airflow can also the air conditioning of a directly by sluice connected adjacent container serve.
  • an outlet 19 through the partition wall 3 is possible to the opposite the ambient air much cooler exhaust air in order to increase the Kondensatorkühlmaschine to mix with the ambient air 11.
  • FIG. 2 differs from that shown in FIG Execution characterized in that the fresh air in line 6 air conditioning fan coil 15 is arranged in the technical room 1. This shifts necessary Plant construction volume from the working space 2 into the technical room 1. The circulating air 14 must then enter the fan coil 17.
  • FIG. 3 shows a more detailed block diagram of a cold water conditioning system as required. as indicated in Fig. 2 by reference numeral 9 or 10.
  • the Refrigerant circuit 91 is independent of the cooling capacity in a known manner from the refrigeration compressor 30, the condenser with fan 31, the expansion valve 32 and the evaporator plate heat exchanger 33 together.
  • the brine circuit 34 is circulated by the pump 35.
  • the heat exchanger 36 can in winter operation Diesel waste heat to be fed, the device 37 is the electrical Heating the brine.
  • the equalization tank, with 39 of the filling, with 40 denotes the drain.
  • the solenoid valve 41 a short circuit of Brine circuit to be created when starting the compressor at high Initial temperatures to avoid high pressure failure. 42 and 43 denote the connecting pieces of the brine supply and return for any required air conditioning external rooms or to the external supply of brine.
  • FIG. 4 is an interconnection of the heat exchangers 33a, b associated brine circuits 34a, b with the circulation pumps 35a, b shown.
  • FIG. 5 a-i For the individual operating modes, the flow paths of the brine in FIG. 5 a-i shown schematically. This shows thick line thicknesses of the brine pipes and blackened valve symbols to the proper flow.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen mobilen Container mit einem Arbeitsraum (2) sowie einem dem Container zugeordneten Technikraum (1), angeordnet in einem Teilraum des Containers oder in einem separaten Gehäuse, wobei der Technikraum für Kühlung, Heizung und Frischluftversorgung des Arbeitsraums (2) eine Kaltwasser-Klimaanlage (9,10) mit Kältemittelkreis (91,101) und damit gekoppeltem Solekreis (4,5) enthält. Der Solekreis (4,5) ist mit einem Gebläsekonvektor (15,17) gekoppelt, der sich innerhalb des Arbeitsraums befindet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen klimatisierten mobilen Container nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die militärischen Verbände aller Nationen verwenden für militärische, logistische, sanitäre und zivile Aufgaben der verschiedensten Art entsprechend ausgerüstete Container (oft auch als Shelter bezeichnet) unterschiedlicher Größe.
Der militärische, weltweite Einsatz, insbesondere bei extremen Umgebungsbedingungen, ebenso die technische und medizinische Hilfe im Katastrophenfall, stellen verschärfte Anforderungen an die Klimatisierung und Betriebszuverlässigkeit dieser Container.
Nach NATO-Standardization Agreement 2895 umfaßt der Einsatzbereich Temperaturen von mindestens -32 bis +49° C, hohe Luftfeuchtigkeiten, Sand und Staub. Erfahrungsgemäß können z.B. im Nahen Osten die Umgebungstemperaturen das genannte Maximum nicht unerheblich überschreiten. Im Falle hoher Geräteabwärme von in Containern integrierter mobiler Arbeitsräume muss auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen gekühlt werden. Schließlich gelten scharfe Anforderungen für den Frischluftbedarf, die Hygiene des Luftaustauschs einschließlich ABC-Schutz. Die Mobilität des Gesamtsystems verschärft die Notwendigkeit einer hohen Funktionssicherheit und Teilredundanz. Und insgesamt sollte das zur Realisierung dieser technischen Anforderungen benötigte Bauvolumen möglichst klein bleiben, um den Arbeitsraum des Containers für den Bedarf des Technikraums nicht zu sehr einschränken zu müssen.
Die entsprechende Anpassung handelsüblicher Geräte, oft auch der Wechsel des Kältemittels sowie diverser Funktionseinheiten erfordert zu viele Kompromisse und bleibt unbefriedigend.
In der JP 2003065559 A ist eine Klimaanlage aus zwei funktional identischen Teilmodulen zur Klimatisierung zweier Räume beschrieben. Die Teilmodule können sowohl unabhängig voneinander als auch gemeinsam betrieben werden, derart, dass die Kühlluftströme der Teilmodule in unterschiedlichem Verhältnis auf die zu klimatisierenden Räume aufgeteilt werden können.
Die DE 100 49 067 A1 beschreibt einen Container mit Arbeitsraum und zugeordnetem Technikraum, in welchem eine Klimaanlage vorhanden ist. Zur Verbesserung der Geräuschdämmung wird die Trennwand zwischen Arbeitsraum und Technikraum doppelwandig ausgeführt, wobei der entstehende Hohlraum für die Führung von Frischluft und Umluft verwendet wird. Die Trennwand ist dazu mit Zuluft- und Rückluftöffnungen durchbrochen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen weiteren klimatisierten Container für den weltweiten Einsatz auch unter extremen Umgebungsbedingungen zu schaffen, mit dem eine gute Geräuschdämmung zwischen Technikraum und Arbeitsraum des Containers erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird mit Gegenstand des Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße mobile Container umfasst einen Arbeitsraum sowie einen dem Container zugeordneten Technikraum, der entweder ein Teilraum des Containers bildet oder ein separates Gehäuse ist. Der Technikraum enthält für Kühlung, Heizung und Frischluftversorgung des Arbeitsraums eine Klimaanlage. Da die eingesetzte Klimaanlage zur Temperaturregelung und Frischluftversorgung, nicht jedoch für die Regelung der Luftfeuchtigkeit ausgelegt ist, wird eine derartige Klimaanlage oft auch als Teilklimaanlage bezeichnet. Die Klimaanlage ist als Kaltwasser-Klimaanlage ausgebildet und umfasst neben einem Kühlmittelkreis einen damit gekoppeltem Solekreis. Ein Solekreis ist mit mindestens einem Konvektor, vorzugsweise ausgebildet als Gebläsekonvektor gekoppelt, der innerhalb des Arbeitsraums installiert ist.
Aufgrund der beschriebenen Konzeption wird somit die Trennwand zwischen Arbeitsraum und Technikraum zum Zwecke der Temperierung der Umluft nur von flüssigkeitsführenden Leitungen, nämlich den Soleleitungen, durchbrochen. Eine Durchbrechung der Trennwand für die Umluft selbst wird somit nicht benötigt. Verglichen mit einer Luftklimaanlage, bei der die Trennwand notwendigerweise durch luftführende Leitungen für die Umluft durchbrochen wird, können die Durchbrechungen für die Soleleitungen wesentlich kleiner dimensioniert werden. Daraus resultiert eine verbesserte Schall- und Wärmedämmung zwischen Technikraum und Arbeitsraum.
Mit dem beschriebenen Einsatz eines Solezwischenkreises und dem daraus resultierenden geringen Leitungsdurchmesser sind auch ein geringerer Isolationsaufwand sowie geringere thermische Verluste verbunden. Die Frischluftversorgung (sowohl für Normalbetrieb als auch für ABC-Betrieb), die bevorzugt unmittelbar durch die Trennwand hindurch erfolgt, erfordert vergleichsweise geringe Strömungsquerschnitte.
Die Kaltwasser-Klimaanlage umfasst in einer vorteilhaften Ausführung mehrere, bevorzugt zwei funktional (nicht notwendigerweise leistungsmäßig) identische und miteinander gekoppelte Teilmodulen, die sowohl unabhängig voneinander als auch gemeinsam betrieben werden können. Die Solekreise der Teilmodule sind ebenfalls mit einem oder mehreren Konvektoren, bevorzugt Gebläsekonvektoren, gekoppelt. Gebläsekonvektoren für die Temperierung der Umluft sind dabei innerhalb des Arbeitsraums installiert.
Wenn auch die Verteilung des maximalen Leistungsbedarfs zur Klimatisierung eines Containers auf zwei oder mehrere Teilmodule zu einem etwas höheren Bauvolumen führt, so liegen die Vorteile in der erhöhten Versorgungssicherheit und der Verfügbarkeit von mindestens zwei Leistungsgrößen für Bedarfssituationen kleineren und größeren Leistungsbedarfs, sofern Module unterschiedlicher Leistung gewählt werden. Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung aber auch Ausführungen mit gleicher Leistung der beiden Module möglich.
Jedes Teilmodul ist hinsichtlich seiner Funktion vollständig mit den wesentlichen Komponenten
  • Kältemittelkreis, umfassend Kälteverdichter, Kondensator mit Gebläse, Expansionsventil, Plattenwärmetauscher Kältemittel/Sole als Verdampfer sowie
  • Solekreis, umfassend Solepumpe und Ausgleichsgefäß und
  • elektrische Verteilung und Verkabelung
ausgestattet.
Den beiden Teilmodulen können vorteilhaft bestimmte Kühlfunktionen innerhalb des Gesamtsystems zugewiesen werden: so kann ein Teilmodul ganz oder hauptsächlich für die Klimatisierung der Umluft verwendet werden, während ein anderes Teilmodul ganz oder hauptsächlich für die Klimatisierung der angesaugten Frischluft eingesetzt wird.
Jeder der Solekreisläufe ist, bevorzugt über Schnellschlusskupplungen, mit mindestens einem Gebläsekonvektor gekoppelt, von denen sich zumindest einer zur Temperierung der Umluft innerhalb des Arbeitsraums befindet.
Um im Technikraum den Raum für die Luftführung der Kondensatorkühlluft zu sparen, kann es vorteilhaft sein, Kondensator, Gebläse und Filter in einem Flügel der stirnseitigen Tür des Technikraums anzuordnen (Schlauchverbindung für den Kältemittelkreis). Für den Betrieb ist dann die Tür zu öffnen und zu arretieren.
Hochdruckstörungen im Kältemittelkreis werden in bekannter Weise durch den Einbau eines MOP-Ventils (maximum opening pressure) vermieden. Alternativ ist es auch möglich, den Solekreis im kürzest möglichen Kreis kurzzuschließen. Diese Maßnahmen dienen auch dem sicheren Anlauf nach einer längeren Stillstandszeit bei gleichzeitiger Überhitzung der Anlage.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführung der Erfindung kann die Leistung der Kaltwasser-Klimaanlage auf zwei oder mehrere funktional identische und miteinander gekoppelte Teilmodule aufgeteilt werden. Dadurch ist neben dem unabhängigen Betrieb jedes einzelnen Moduls auch ein gemeinsamer Betrieb zweier oder mehrerer Teilmodule möglich, um eine Teilredundanz zu erzielen. Dies bedeutet insbesondere, dass die Funktion einer Einheit des einen Teilmoduls durch die funktionsgleiche Einheit eines anderen Teilmoduls ersetzt oder verstärkt werden kann und/oder dass Solekreisläufe zusammengeschaltet werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung werden die Solekreise zweier Teilmodule so miteinander verschaltet, dass die Solepumpen wechselseitig den jeweils anderen Kreis in Betrieb halten und auch beide Pumpen auf einen Kreis geschaltet werden können. Beim Ausfall einer Pumpe können auch beide Kreise von derselben Pumpe umgewälzt werden.
Es kann auch zweckmäßig sein, z.B. nach längerem Stillstand der Anlage und hoher Umgebungstemperatur, beide Verdampfer-Wärmetauscher in Reihe auf einen Solekreis zu schalten. Damit wird die Abkühlung der Umluft und damit des Arbeitsraums beschleunigt, wobei der zugeordnete Gebläsekonvektor für diesen Betriebspunkt dimensioniert sein muss.
Der notwendige Betrag der Umluft ergibt sich aus dem akzeptablen Temperaturunterschied zwischen Lufteintritt und Luftaustritt am Gebläsekonvektor.
Die durch DIN-Normen festgelegte Frischluftmenge bzw. Luftwechselzahl für zivile Anwendungsbereiche und stationäre Anlagen muss für mobile Anlagen flexibler gehandhabt werden. Dies auch im Hinblick auf die Versorgungssicherheit unter eingeschränkten Bedingungen, wie z.B. beschränkte Energieversorgung (Gerätepriorität), technische Schadensfälle, geringere Personenzahl, Stand-by Betrieb. In jedem Fall ist es sinnvoller, bei angespannter Stromversorgung die Raumtemperatur zu halten als den Frischluftstrom von 20 bis 40 m3/h Person. Andererseits ist es ebenso technisch machbar, die CO2-Konzentration im Arbeitsraum zu überwachen, um bei temporärer Überschreitung kurzzeitig den Luftwechsel zu steigern. Auf Grund der verschiedenen Narkosegas-Qualitäten ist hier eine Konzentrationsdetektierung schwierig. Lokal zu hohe Konzentrationen lassen sich zuverlässiger vermeiden durch einen ausreichend hohen Umluftstrom und dessen sorgfältige Verteilung im gesamten Arbeitsraum.
Werden Umluft- und Frischluftklimatisierung je einem Teilmodul der Klimaanlage zugeordnet, ist es von Vorteil, zur raschen Inbetriebnahme, z.B. einer Rettungsstation oder eines OP-Containers nach einem Standortwechsel, die gesamte verfügbare Kühlleistung ausschließlich zur Raumkühlung zu verwenden.
Unabhängig davon, ob die Abwärme elektrischer oder labortechnischer Geräte mit Hilfe eines Bypasses im Solekreis und Luft-Sole-Wärmetauschern in den Geräten direkt abgeführt oder in den Arbeitsraum geblasen wird, kann es erforderlich sein, die Klimaanlage auch bei Umgebungstemperaturen zu betreiben, die deutlich unter der Arbeitsraumtemperatur liegen. Dann führt die Umschaltung auf freie Kühlung zu einer deutlichen Energieeinsparung. Auch bei hohen Umgebungstemperaturen sind in dieser Richtung Anstrengungen möglich, nämlich den bei sanitären Anwendungen erheblichen Frischluft-/Abluftstrom der Kondensatorkühlluft beizumischen. Dies hat jedoch seine Grenze dann, wenn dieser Abluftstrom auch zur Lüftung und Kühlung eines Zugangscontainers des OP dient.
Um die besonders in feucht-warmen Klimazonen an den Gebläsekonvektoren entstehende erhebliche Kondensatmenge nicht von der Kondensatsammelwanne ins Abwasser abführen zu müssen, wird diese zur Verdampfung über den Kondensator versprüht. Hier dient diese Maßnahme der temporären Leistungssteigerung, die umso notwendiger wird, umso mehr in feucht-heißen Regionen die installierte Kühlleistung zur Entfeuchtung der Frischluft benötigt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das über dem Kondensator zu verdampfende Wasser aus einem mitgeführten Wasservorrat entnommen werden.
Der aus der Industrie und Haustechnik bekannte regenerative Wärmetausch, die Vorkühlung/Vorwärmung des Frischluftstromes, hat sich für die Klimatisierung mobiler Arbeitsräume auf Grund des großen Platzbedarfs für die Luftkanäle als nicht geeignet erwiesen.
Der Solekreis kann vorteilhaft auch als Wärmeträger dienen, wenn in kalten Regionen geheizt werden muss (Heizbedarf aufgrund Transmissionsverluste und Frischlufterwärmung). Die Durchströmung des Verdampfer-Wärmetauschers wird kurzgeschlossen. Ein oder mehrere elektrische Heizwendel werden von der Sole umströmt. Eine ggf. mögliche Nutzung der Abwärme des Dieselgenerator-Aggregats benötigt einen weiteren Wärmetauscher für Dieselkühlwasser/Sole. Es handelt sich zwar in beiden Kreisen um eine Flüssigkeit gleicher Zusammensetzung, im Interesse des modularen Aufbaus und der Betriebssicherheit ist eine Trennung jedoch vorteilhaft.
Sowohl zur evt. klimatechnischen Versorgung benachbarter Arbeitsräume als auch zur Einspeisung kalter Sole von einem externen Aggregat, (z.B. Zeltklimaanlage als Redundanz) können in jedem Solekreis Anschlüsse für eine Verbindung mit Schläuchen und Schnellkupplungen vorgesehen werden.
Die Frischluftversorgung im ABC-Fall erfolgt durch ein aus Hochdruckgebläse und Filtern bestehendem Aggregat, das auf Grund einer strengen Typenprüfung für die spezielle Anwendung nicht modifiziert oder mit anderen Subsystemen außer der Einund Abschaltung und der Luftführung vernetzt werden kann. Um einen Überdruck im Arbeitsraum zu halten, müssen alle anderen Lufteintritte verschlossen werden und der Luftaustritt muss über ein Überdruckventil erfolgen.
Die Anlagensteuerung und elektrische Stromversorgung weist im Vergleich zu stationären Anlagen, die von einem stabilen Verbundnetz versorgt werden, die folgenden Besonderheiten auf. Alle elektrischen Verbraucher sind gemäß ihrer Bedarfspriorität so verriegelt, dass ein gegebener Maximalwert des Verbrauchs nicht überschritten wird. Das heißt, dass z.B. im Falle eines hohen Anlaufstroms Verbraucher niedrigerer Priorität voreilend abgeschaltet werden, um auch in instationären Betriebssituationen die Maximalleistung nicht zu überschreiten. Auch bei einem stark reduzierten externen Leistungsangebot kommt die Anlage nicht zum Stillstand sondern passt sich durch Reduktion der Last dem Angebot automatisch an.
Der Aufbau der Teilmodule der Klimaanlage, Gebläsekonvektoren und Filterpakete einschließlich der Anschlüsse an die Leitungen (elektrisch und Wärmeträger) ist so konzipiert, dass für Wartungs- und Überholungsarbeiten die Aggregate gut zugänglich sind, ggf. auch in einfacher Weise, einschließlich einer Änderung der Leistungsgröße, ausgetauscht werden können.
Überwachungs- und Steuerungsmittel sind in entsprechender Weise für aggressive Umweltbedingungen und erhöhte Betriebszuverlässigkeit ausgelegt. Dazu zählen die elektrische und thermische Steuerung des Anlaufs der Kälteverdichter, Laufzeitverlängerung und Drehzahlstufung bzw. -regelung der verschiedenen Lüfter.
Neben den bereits genannten Vorteilen ergeben sich für die Erfindung die folgenden weiteren Vorteile:
  • Der Nennwert der Kühlleistung zur Teilklimatisierung und Frischluftversorgung setzt sich aus der Leistung zweier Anlagen zusammen.
  • Die Medienströme (Sole, Luft) sind zwischen beiden Teilmodulen der Klimaanlage umschaltbar.
  • Ein teilredundanter Betrieb ist möglich.
  • Freie Kühlung und Kondensatorkühlung mit Abluft und Kondenswasser senken den Energiebedarf und erhöhen die Kühlleistung bei Extrembedingungen.
  • Der Frischluftbedarf wird durch Sensoren überwacht und in Extremfällen erhöht bzw. verringert.
  • Anlagenstillstand bei thermischen Extrembedingungen wird durch die Möglichkeit des Teillastbetriebes vermieden.
  • Vorklimatisierung des Raumes (Stand-by, Transport-Betrieb) mit geringerem Energieaufwand.
  • Die Umschaltung auf eine ABC-gefilterte Frischluftversorgung ist möglich.
  • Die Umschaltung auf Heizbetrieb kann automatisch erfolgen. Die Heizleistung kann dem Heizbedarf angepasst werden (z.B. Zuschaltung Abwärmenutzung Dieselmotor).
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
das Übersichtsblockschaltbild des erfindungsgemäßen Containers mit dem Technikraum, in dem sich die beiden Teilmodule der Kaltwasser-Klimaanlage befinden, sowie dem Arbeitsraum;
Fig. 2
eine Variante der Anordnung nach Fig. 1 mit der Frischluftkühlung im Technikraum;
Fig. 3
ein detaillierteres Blockschaltbild eines einzelnen Teilmoduls der Kaltwasser-Klimaanlage mit Heizung;
Fig. 4
das Blockschaltbild einer Verschaltung der Solekreise zweier Teilmodule zur Realisierung verschiedener Betriebsweisen;
Fig. 5a -i
Blockschaltbilder zur Veranschaulichung der Strömungswege und Ventilstellungen bei verschiedenen Betriebsweisen der Vorrichtung nach Fig. 4.
Fig. 1 zeigt das Übersichtsschaubild des erfindungsgemäßen Containers mit Technikraum 1 und zu klimatisierendem Arbeitsraum 2 in einer ersten Ausführung. Im Technikraum 1 sind die beiden Teilmodule der Kaltwasserklimaanlage installiert. Sie umfassen als wesentliche Bestandteile die Kältemittelkreise 91,101 und die Solekreise 4,5. Beide Teilmodule 9,10 sind an je einen Gebläsekonvektor 15,17 angeschlossen, die sich in dieser Ausführung beide innerhalb des Arbeitsraums 2 befinden. Der grundsätzliche Vorteil einer Klimatisierung mobiler Arbeitsräume durch eine Kaltwasserklimaanlage mit Zusatzheizung besteht darin, dass Technikraum 1 und Arbeitsraum 2, die durch die Trennwand 3 getrennt sind, nur mit dem Solekreis (Vor- und Rücklauf) 4 und 5 und mit dem Frischluftkanal 6 für den Normalfall (Nicht-ABC-Fall) verbunden sind, nicht aber mit Durchführungen für die Umluft. Die Durchbrechungen in der Trennwand 3 für die Soleleitungen 4,5 können aufgrund der thermischen Eigenschaften der Soleflüssigkeit im Vergleich zu Luft wesentlich kleiner dimensioniert werden als die für eine Luftklimaanlage notwendigen Durchbrechungen. Beide Teilmodule, 9 und 10, werden kondensatorseitig mit Umgebungsluft 11 gekühlt, die durch hier nicht dargestellte Filter von Sand- und Staubbelastungen gereinigt werden. Die Frischluft wird durch den Filter 12 angesaugt. Der Kanal 6 wird durch die im ABC-Betrieb abzusperrende Öffnung 13 in den Arbeitsraum 2 geführt und, mit dem angesaugten Umluftstrom 14 vereinigt, dem ersten Gebläsekonvektor 15 zugeführt. Um, wie für OPs erforderlich, Frisch- und Umluft direkt vor dem Austritt in den Arbeitsraum 2 in einem Filtersatz 16 (F7 und H13) feinzufiltern, wird der Gebläsekonvektor 15 mit dem zweiten Gebläsekonvektor 17 in Reihe geschaltet. Im ABC-Fall erfolgt die Frischluftversorgung über das Aggregat 8, das als wesentliche Bestandteile ein Hochdruckgebläse sowie Filter umfasst.
Ein dem Frischluftstrom gleicher Abluftstrom muss den Arbeitsraum 2 als Abluft verlassen. Das Druckhalteventil 18 stabilisiert, besonders während des ABC-Betriebs, den Innenraumdruck über Umgebungsdruck. Dieser Luftstrom kann auch der Klimatisierung eines direkt per Schleuse verbundenen benachbarten Containers dienen. Alternativ ist ein Austritt 19 durch die Trennwand 3 möglich, um die gegenüber der Umgebungsluft wesentlich kühlere Abluft zwecks Erhöhung der Kondensatorkühlleistung mit der Umgebungsluft 11 zu mischen.
Um die an dem Gebläsekonvektor 17 entstehende erhebliche Kondensatmenge nicht von der Kondensatsammelwanne ins Abwasser abführen zu müssen, wird diese über die Leitung 50 in den Technikraum 1 geführt und dort zur Verdampfung über den Kondensator des Kältemittelkreises 9 versprüht. Alternativ oder zusätzlich kann das über dem Kondensator zu verdampfende Wasser aus einem mitgeführten Wasservorratstank 52 entnommen werden und dem Leistungsbedarf entsprechend zugeführt werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Konzeptvariante unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausführung dadurch, dass der die Frischluft in Leitung 6 klimatisierende Gebläsekonvektor 15 im Technikraum 1 angeordnet ist. Dies verlagert notwendiges Anlagenbauvolumen aus dem Arbeitsraum 2 in den Technikraum 1. Die Umluft 14 muss dann in den Gebläsekonvektor 17 eintreten.
Fig. 3 zeigt ein anforderungsgemäßes detaillierteres Blockschaltbild einer Kaltwasser-Klimaanlage, wie sie in Fig. 2 mit Bezugsziffer 9 oder 10 bezeichnet ist. Der Kältemittelkreis 91 setzt sich unabhängig von der Kälteleistung in bekannter Weise aus dem Kälteverdichter 30, dem Kondensator mit Lüfter 31, dem Expansionsventil 32 und dem Verdampfer-Plattenwärmetauscher 33 zusammen. Der Solekreis 34 wird durch die Pumpe 35 umgewälzt. Mit dem Wärmetauscher 36 kann im Winterbetrieb Dieselabwärme eingespeist werden, die Einrichtung 37 dient der elektrischen Heizung der Sole. Mit 38 werden das Ausgleichsgefäß, mit 39 der Befüllstutzen, mit 40 der Ablass bezeichnet. Mit dem Magnetventil 41 kann ein Kurzschluss des Solekreises geschaffen werden, um beim Anfahren des Kompressors bei hohen Anfangstemperaturen eine Hochdruckstörung zu vermeiden. 42 und 43 bezeichnen die Anschlussstutzen des Solevor- und -rücklaufs zur ggf. erforderlichen Klimatisierung externer Räume oder zur Fremdeinspeisung von Sole.
Der Bedarf an hoher Betriebssicherheit, nämlich bei Ausfall einzelner Komponenten die Anlage mit Teillast oder über eine redundante externe Versorgung weiter betreiben zu können, erfordert entsprechende konzeptionelle und konstruktive Maßnahmen sowohl im elektrischen als auch im kältetechnischen Bereich. Mit Fig. 4 wird eine Verschaltung der den Wärmetauschern 33a,b zugeordneten Solekreisen 34a,b mit den Umwälzpumpen 35a,b gezeigt.
Der Fachmann wird erkennen, dass durch eine entsprechende Position der Magnetventilgruppen 50a,b,c und 51a,b mehrere Betriebsweisen möglich sind. Konstruktiv können natürlich mehrere einfache Durchgangsventile zu größeren Ventilblocks vereinigt werden.
Für die einzelnen Betriebsarten sind in den Fig. 5 a-i die Strömungswege der Sole in schematischer Weise dargestellt. Dabei zeigen dicke Strichstärken der Soleleitungen und geschwärzte Ventilsymbole die betriebsgemäße Durchströmung an.
Im Normalbetrieb laufen beide Kreise getrennt (Fig. 5a). Der Taktbetrieb muss nicht unbedingt synchronisiert werden.
  • Solekreis 34a wird mit Pumpe 35a betrieben und/oder
  • Solekreis 34b wird mit Pumpe 35b betrieben.
Um die Leistung eines Teilmoduls und die Pumpenleistung bestimmten Anforderungen anzupassen, kann es zweckmäßig sein, die Zuordnung der Pumpen zu vertauschen.
  • Solekreis 34a wird mit Pumpe 35b betrieben (Fig. 5b) oder alternativ:
  • Solekreis 34b wird mit Pumpe 35a betrieben (Fig. 5c).
Fällt eine Pumpe aus, kann die zweite Pumpe auf beide Solekreise geschaltet werden.
  • Solekreis 34a, b wird mit Pumpe 35a betrieben (Fig. 5d) oder alternativ:
  • Solekreis 34a, b wird mit Pumpe 35b betrieben (Fig. 5e).
Es kann auch der Fall eintreten, dass es wünschenswert ist, beide Pumpen parallel auf einen Solekreis zu schalten, um die Kühlleistung dieses Kreises temporär zu steigern.
  • Solekreis 34a wird mit Pumpe 35a und b betrieben (Fig. 5f) oder alternativ:
  • Solekreis 34b wird mit Pumpe 35a und b betrieben (Fig. 5g)
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, die Kühlleistung beider Wärmetauscher auf einen Solekreis zu schalten.
  • Pumpe 35a treibt den Solekreis 34a (Fig. 5h) über die beiden Wärmetauscher 33a,b um oder alternativ:
  • Pumpe 35b treibt den Solekreis 34b über die beiden Wärmetauscher 33a,b um (Fig. 5i).

Claims (13)

  1. Mobiler Container mit einem Arbeitsraum (2) sowie einem dem Container zugeordneten Technikraum (1), angeordnet in einem Teilraum des Containers oder in einem separaten Gehäuse, wobei der Technikraum für Kühlung, Heizung und Frischluftversorgung des Arbeitsraums (2) eine Klimaanlage (9,10) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage eine Kaltwasser-Klimaanlage (9,10) mit Kältemittelkreis (91,101) und damit gekoppeltem Solekreis (4,5) ist, wobei der Solekreise (4,5) mit einem Konvektor (15,17) gekoppelt ist, welcher innerhalb des Arbeitsraums (2) installiert ist.
  2. Mobiler Container nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltwasser-Klimaanlage aus mindestens zwei funktional identischen und miteinander gekoppelten Teilmodulen (9,10) besteht, die sowohl unabhängig voneinander als auch gemeinsam betrieben werden können, wobei zumindest einer der Konvektoren innerhalb des Arbeitsraums (2) installiert ist.
  3. Mobiler Container nach einem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (9,10) derart miteinander gekoppelt sind, dass die Solekreisläufe (4,5) der Teilmodule (9,10) zusammengeschaltet werden können.
  4. Mobiler Container nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (9,10) derart miteinander gekoppelt sind, dass die Funktion einer Funktionseinheit des einen Teilmoduls durch die funktionsgleiche Einheit eines anderen Teilmoduls ersetzt oder verstärkt werden kann.
  5. Mobiler Container nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Solekreis (34a,34b) eines Teilmoduls (9,10) eine Umwälzpumpe (35a,35b) sowie ein Verdampfer-Wärmetauscher (33a,33b) integriert ist, wobei die Solekreise (34a,34b) über Verbindungsleitungen und Ventile (50a,50b,50c,51 a,51 b) derart miteinander verschaltet sind, dass durch Steuerung der Ventile zwischen mindestens zwei der folgenden Betriebsarten umgeschaltet werden kann:
    Unabhängiger Betrieb jedes einzelnen Solekreises (34a,34b) durch die jeweilige in den Solekreis integrierte Umwälzpumpe (35a,35b),
    Unabhängiger Betrieb jedes einzelnen Solekreises (34a) durch eine in einem anderen Solekreis (34b) integrierte Umwälzpumpe (35b),
    Betrieb eines Solekreises (34a) durch Umwälzpumpen (35a,35b) mehrerer Solekreise gemeinsam,
    Betrieb zweier oder mehrerer Solekreise (34a,34b) durch nur eine der Pumpen (35a),
    Betrieb zweier Verdampfer-Wärmetauscher (33a,33b) in einem Solekreis (34a,34b).
  6. Mobiler Container nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (36,37) zur Beheizung eines Solekreises (34) vorhanden sind.
  7. Mobiler Container nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschluss (36) an den Kühlwasserkreis eines externen Dieselgenerator-Aggregats besteht, um für den Heizbetrieb die Motorabwärme in einen oder mehrere Solekreise (34) einzuspeisen.
  8. Mobiler Container nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (42,43) zum Anschluss externer Verbraucher an einem oder mehrere Solekreise (34) vorhanden sind.
  9. Mobiler Container nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Einspeisung von gekühlter oder erwärmter Sole von einer externen Klimaanlage in einen oder mehrere Solekreise vorhanden sind, um bei Totalausfall der containereigenen Klimatisierung den Betrieb aufrechtzuerhalten.
  10. Mobiler Container nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines hohen Leistungsanteils der Frischluftklimatisierung die Abluft des Arbeitsraums durch die Trennwand (3) zwischen Technikraum (1) und Arbeitsraum (2) hindurch der Kühlluft für die Kühlung der Kondensatoren (31) eines Kältemittelkreises (91,101) beigemischt werden kann.
  11. Mobiler Container nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle hoher benötigter Kühlleistung das in den Gebläsekonvektoren (15,17) anfallende Kondensat oder Wasser aus einem separaten Wasservorrat (52) zur Verdampfung über dem Kondensator eines Kältemittelkreises (91,101) verdampft werden kann.
  12. Mobiler Container nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schadensfall einzelner Komponenten die Betriebsweise der Klimaanlage auf einen Notbetrieb umgeschaltet wird, der unter den gegebenen Bedingungen der maximalen Klimaversorgung am nächsten kommt.
  13. Mobiler Container nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer reduzierten Verfügbarkeit elektrischer Leistung, die Verbraucher gemäß ihrer Versorgungspriorität vom Netz genommen werden.
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