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Dampf s trahlkäl t emas chine zum Betrieb einer
koribinierten
£'ilimaanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft
eine Dampfstrahlkältemaschine mit geschlossenem Arbeitsmittelkreislauf zum Betrieb
einer kombinierten Heiz- und Klimaanlage, insbesöndere für Kraftfahrzeuge, mit einem
vorzugsweise durch die Abwärme eines Verbrennungsmotors beheizten Dampferzeuger
für das Arbeitsmittel, einem Dampfstrahlverdi.chter, einem Verflüssiger und wenigstens
einem Wärneaustauscher.
Dampfstrahlkältemaschinen werden vor allen
dort mit Erfolg eingesetzt, wo -.*Iärmeenergie, beispielsweise in Form von Abwärme
. eines Verbrennungsmotors, billig zur Verfujung stellt. Aeben ihres geringen Gewichtes
und ihres nahezu wartunUsfreien Betriebes eignen sich diese Dampfstrahlkältemaschinen
tesonder2 zum Kühlen des Laderaumes und der Ladung großräuwiäer Kühlfahrzeuge. Gelegentlich
werden Dampfatrahlkältemaschinen auch in kombinierten Klimaanlagen verwendet, wo
sich ihr Einsatz jedoch lediglich auf die Funktion als Kälteerzeuger beschränkt.
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Es werden daher für diesen Zweck zusätzliche Heizaggregate und Wärmeaustauscher
benötigt, welche die Anlagekosten und den Betrieb der Klimaanlage erheblich verteuern.
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Das Anwendungsgebiet dieser bekannten Dampfstrahlkältemaschinen karLn
jedoch erweitert und gleichzeitig deren Einsatz als kombiniertes Klimagerät erheblich
dadurch vereinfacht und verbilligt werden, daß im Kreislauf des Arbeitsmittels in
an sich bekannter ;-reise eine wahlweise zwischen zwei :ndstellungen bewegbare Umschaltvorrichtung
vorgesehen ist, die den Dampferzeuger in ihrer einen Endstellung mit dem Verflüs:iger
und in ihrer anderen Endstellung mit wenigstens einem Wärmeaustauscher verbindet
Mit dieser einfachen Maßnahme entsteht eine kombinierte Klimaanlage, bei der der
Einbau einer besonderen kostspieligen Heizungsanlage überflüssig wird. Gleichzeitig
wird es hierdurch möglich, mit geringem Aufwand und einfachen T=,itteln eine Danpfstrahlkältemaschine
vorteilhaft und wirksam zum r.linatisieren von Personenwagen und Omnibussen oder
auch von xrbeits-. und Wohnräumen einzusetzen.
Derartige Umschaltvorrichtungen
sind bei Kompressionskältemaschinen bereits bekannt. Sie dienen hierbei aber lediglich
dazu, den Kältemittelstrom zum Abtauen des Verdampfers kurzzeitig umzukehren.
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Als eine besonders einfache und preisgünstige Lösung hat sich nach
der Erfindung eine Anordnung ergeben, bei der die Umschaltvorrichtung in an sich
bekannter Weise z-#rischen dem Dampferzeuger und dem mit dem Verflüssiger verbundenen
DaL1pi'stra.Vhlverdichter einerseits sowie dem Wärmeaustauscher andererseits angeordnet
ist.
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Weitere in den Ansprüchen gekennzeichnete vorteilhafte T1erkmale der
Erfindung sind anhand der in der Zeichnung schematisch dar-. gestellten Ausführungsbeispiele
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Schaltschema einer von Kühlen auf Heizen umschaltbaren,
von einer Dampfstrühlkälternaschine betriebenen kombinierten Klimaanlage mit einem
einzigen für beide Betriebszustände verwendbaren Wärmesustauscher und Fig. 2 eine
der @Fig. 1 entsprechende kombinierte nliraaanlage mit mehreren, zu einem Reister
zusiiuAaengeschalteten Wärmeaustauschern, die stufen;.reise von Kühlen auf Heizen
umschaltbar sind.
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An einen Dampferzeuger 1 ist eine Abgasleitung 2 angeschlossen, die
in Richtung des Pfeiles "All von den heißen ,Abgasen eines Verbreruzungsmotors oder
einem anderen ',eiärmeträger durchströmt
wird. Im Inneren des Dampferzeugers
1 ist in bekannter Weise ein Siederohr 3 angeordnet, in welchem der Wärmeaustausch
zwischen dem Arbeitsmittel der Kältemaschine und dem Wärmeträger stattfindet. Der
überhitzte Dampf des Arbeitsmittels gelangt aus dem Siederohr 3 über eine Verbindungsleitung
und die auf "Kühlen" gestellte Umschaltvorrichtung 4 in einen Dampfstrahlverdichter
5, von wo er einem Verflüssiger 6 zugeführt wird.
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In diesem Verflüssiger 6 wird in üblicher V,Teise die Kondensationswärme
des Kältemitteldampfes, beispielsweise durch den in Richtung des Pfeiles "B" geleiteten
Fahrtwird oder den Luftstrom einer besonderen Zwangsbelüftung abgeführt, wobei sich
das Kältemittel verflüssigt. Über eine Zeitung 7 fließt das Kältemittel sodann in
einen Sammler 9, dem ein Rückschlagventil 8 vorgeschaltet ist. Aus diesem Sammler
9 führt eine Leitung 10 mit einem darin eingeschalteten und von einem Fühler 12
beeinflußten Regelventil 11 in einen Verdampfer 13. Dort verdampft das flüssige
Kältemittel unter Aufnahme von Wärme aus der zu klimatisierenden Luft, die in Richtung
des Pfeiles "0" durch den Verdampfer 13 geführt wird. Das verdampfte Kältemittel
wird vom Verdampfer 13 über Saugleitungen 14 und 15 durch den Dampfstrahlverdichter
5 abgesaugt., erneut verdichtet und wieder dem Verflüssiger 6 zugeführt.
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Ein Teil des in dem Sammler 9 gespQicherten flüssiger Kältemittels
wird mit Hilfe eiaer-Kondensatpumpe 16 durch eine Leitung 17 in das Siederohr 3
des Dampferzeugers 1 gepumpt
ünd gelangt von dort als überhitzter
Kältemittelda.mpf in den Dampf ätxahlverdichter 5.
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Beim Umschalten der in Fig. 1 dargestellten Anlage auf "Heizen' wird
das Ventil der Umschaltvorrichtung 4 so eingestellt,daß der überhitzte Kältemitteldampf
unmittelbar durch die Zeitung 14 in den Verdampfer 13 gelangt. Hierdurch wird der
Dampfstrahlverdichter 5 ebenso wie der Verflüssiger 6 und die Leitung 7 überbrückt.
Der Verdampfer 13 gibt nun Wärme an die in Richtung des Pfeiles "C" geführte Luft
ab und wirkt somit als Heizung. Dabei kondensiert das Kältemittel in dem Verdampfer
13 und gelangt über eine Leitung 18 mit einem darin angeordneten-Rückschlagventil
19 in den Sammler g. Von hier aus wird das Kondensat mit der Kondensatpumpe 16 durch
die Leitung 17 wieder in den Dampferzeuger 1 gepumpt und anschließend als Heißgas
durch die Leitung 14 in den Verdampfer 13 zurückgeleitet.
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Bei dem in-der Fig..2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Dampferzeuger-ebenfalls-mit
1 bezeichnet. Dieser wird in der gleichen Weise wie der Dampferzeuger nach Fig.
1 in Richtung des Pfeiles
"All von den in der: Abgasleitung 2 geführten heißen
Abgasen der Verbrennungskraftmaschine oder einem anderen Wärmeträger durchströmt.
Auch bei dieser Anordnung gelangt der in dem Siederohr 3 durch 'därmeaufnahme erzeugte
überhitzte Kältemitteldampf über eine Druckleitung in den Dampfstrahlverdichter
5. Diesem Dampfstrahlverdichter 5 istim Strömungsweg des Arbeitsmittels eine Umschaltungsvorrchtung
20
| nachgeschaltet, in der ein Schieberkolben 21 verschiebbar |
| gelagert ist. |
| Die Stellung dieses Schiebers 21 kann in üblicher `-eise mit |
| Hilfe eines in der Zeichnung nicht dargestellten re@-3lbaren |
| Thermostaten oder auch von Hand geregelt werden. Die Umschalt- |
| vorrichtung 20 weist ferner Anschlußstutzen 22, 23,
24, 25 und |
| 26 auf, deren I-i;;ndungen entsprechend der jeweiligen :;tellun@.; |
| des Schieberzolbens 21 geöffnet oder geschlossen sind. |
| In der gezeichneten Lage des Schie?>ez@kol:bena 21 wird d-:.3
1:u |
| Dampfstrahlverdichter 5 verdichtete Kälteiai ttel @rollst=:n_@.i`. |
| durch den ,knschlußstutzen 22 über den @nsch.lußstiitzen 23
ge- |
| leitet und von dort der Verflüssiger 6 zugeführt. bei der |
| in Fi g. 1 beschriebenen Anordnung wird auch hier die j@@nc?
er.- |
| sationswö.rme des verdichteten Kältemittels mit der in nichtun- |
| des Pfeiles "B" durch den Verflüssiger 6 f=eleiteten F ar@rt:v:.na. |
| oder durch den Luftstrom einer entsprechenden Zwangsbelüf"tun, |
| abgeführt. Das durch den därmeaus tausch verflüssigte t':älte- |
| mittel gelangt dann durch die Leitung 7 und über ein vur-c- |
| schaltetes Rückschlagventil 8 in den Sammler 9. |
| Auf eine der in Fig. 1 dargestellter. .iusfäh:,une; entsprechenden |
| eise gelangt das flüssige Kältemittel durch eine mi-- einem |
| Regelventil 11 ausgestattete Zeitung in Gien Verdar.@pfer 13
und |
| verdampft bei der gezeichneten Stellung des Schieherkol.bons
21 |
| unter Aufnahme von lärme aus der zu klimatisierende Luft, die |
| in Richtung des Pfeiles "C" geführt @:ird. Über eine |
Saugleitung 14, an der ein .Fühler 12 für das Regelventil 11 angeordnet
ist, gelangt der entspannte 1L:iltemit-teldainpf durch , die Anschlußstutz@En 25
und 24 am Umschaltventil 20 in die Saugleitung 15. Diese mündet in den D:i,mpfstrahlverdichter
f ein und führt diesem den entspannter. Kältemitteidampf wieder zu. Ein Teil des
flüssigen Kältemittels wird ebenfalls wie in der Anordnung nach Fig. 1 aus dem Sammler
9 durch die Zeitung 17 mit der Kondensatpumpe 16 in das Siederohr 3 des Dampferzeugers
1 gepumpt, von wo es als hach gespannter Dampf wieder in den Dampfatrahlverdichter
5 gelangt und danach erneut an dem geschlossenen Kreislauf teilnimmt.
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Anders als bei der Anordnung nach Fit;. 1 ist in der Schaltung , nach
Pig. 2 ein zweiter Verdampfer 131 vorgesehen, der bei der Einste::lung "Kühlen",
also in der gezeichneten Lage des Schieberkolbens 21 der Umschaltvorrichtung 20,
mit flüssigem kälte-, mittel aus dem Sammler 9 beschickt wird. Mit einem Regler
'1' wird hierbei die eienge des zugeführten flüssigen Kältemittels und damit die
Kälteleistung des Verdampfers 13' geregelt. Im Bezug auf die Führung der zu klimatisierenden
Luft sind die beiden Verdampfer 13 und 13# hintereinanderäeschaltet, so daß die
in Richtung des Pfeiles "C" bewegte Luft zunächst den Verdampfer 13 und dann den
Verdampfer 131 durchströmt und dabei Wärme zum Verdampfen des Kältemittels abgibt.
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aus dem zweiten Verdampfer 131 wird das verdampfte Kältemittel durch
die Saugleitung 14' abgeführt und über die Stutzen 26
und 24 durch
die Umschaltvorrichtung 20 geleitet. Von dem Stutzen 24 wird es mit dem Kältemitteldampf
aus dem Verdampfer 13 über die Sauleitung 15 von dem Dämpfstrahlverdichter angesaugt.
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Soll die Anlage nach Fig. 2 nun von "Kühlen" auf"Heizen" umgestellt
werden, so wird der Schieberkolben 21 nach rechts in Richtung des Pfeiles "W" bewegt.
Dies hat zur Folge, daß zunächst in der 1. Stufe nur der Stutzen 26 und damit die
Zeitung 14' verschlossen wird. Der Verdampfer 13# wird dadurcb aus dem Kreislauf
ausgeschaltet und stillgelegt. Der Wärmeaustausch mit der zu klimatisierenden Luft
findet nur noch über den Verdampfer 13 statt.
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Beim weiteren Verschieben des Schieberkolbens 21 in der angegebenen
Richtung wird in der 2. Stufe der Stutzen 26 freigegeben, wodurch ein Teil des von
dem Dampfstrahlverdichter 5 verdichteten Kältemitteldampfes durch die Leitung 14'
in den Verdampfer 13# gelangt, der nunmehr Wärme an die zu klimatisierende Luft
abgibt. Die überschüssige Wärme des Systeme wird hierbei über den Verflüssiger 6
abgeführt. Die zu klimatisierende Luft wird in dieser 2. Stufe zunächst gekühlt,
a41so getrocknet und sodann nachgeheizt.
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Wie in der eingangs beschriebenen Anordnung nach Pig. 1 gibt hierbei
das dampfförmige Kältemittel seine Wärme an die zu klimatisierende Luft ab und fließt
als Kondensat durch die mit dem Rückschlagventil 191 ausgestattete Leitung 18# in
den Sammler 9. Beim weiteren Verschieben des Schieberkolbens 21
`
in der durch den Pfeil qqW" angegebene Richtung werden in der 3. Stufe die Stutzen
24 und 25 verschlossen, wodurch nunmehr der Verdampfer 13 stillgelegt wird. In dieser
Stellung wird daher nur der Verdampfer 131 als Heizung witkaam.
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In der 4. Stufe wird der Schieberkolben 21 der Umschaltvorrichtung
20 bis zu einem .Anschlag in der mit dem Pfeil angegebenen Richtung verschoben.
Dabei wird die Kündung des zum Verflüssiger 6 führenden Stutzens 23 verschlossen.
Der gesamte Strom des überhitzten Kältemitteldampfes gelangt nun über den Stutzen
22 in die Leitungen 14 und 141 und von dort in die Verdampfer 13 bzw. 13r, die nunmehr
beide die Wärme an die zu klimatisierende Luft abgeben. Wie aus dem Verdampfer
131 fließt auch aus dem Verdampfer 13 das hierbei entstandene Kondensat über
die entsprechende Zeitung 18 und das darin eingeschaltete Rückschlagventil
19 in den Sammler 9 ab. Von hier aus wird das Kondensat mit Hilfe der Kondensatpumpe
16 durch die Zeitung 17 in das Siederohr 3 des Dampferzeugers 1 gepumpt,-wo es unter
Aufnehme von Wärme erneut in hochgespanntem Dampf umgewandelt wird.
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Mit der zuletzt beschriebenen Anordnung ist es besonders einfach,-eine
feine Abstufung der geforderten Kälte- oder Wärmeleistung zu erzielen.