DE19802613A1

DE19802613A1 - Road or rail vehicle air-conditioning unit refrigeration circuit operating method

Info

Publication number: DE19802613A1
Application number: DE19802613A
Authority: DE
Inventors: Horst Prof Dr Ing Dr Kruse
Original assignee: FKW HANNOVER FORSCHUNGSZENTRUM
Current assignee: FKW HANNOVER FORSCHUNGSZENTRUM
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1999-07-29

Abstract

The operating method allows expansion of the gaseous refrigeration medium, with heating of the expanded and cooled refrigeration medium by heat exchange with the medium to be cooled, before compression of the refrigeration medium. The energy released by the expansion of the refrigeration medium is used for the subsequent compression of the latter. An Independent claim for an air-conditioning unit is also included.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben ei nes Kältemittelkreislaufes gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1 und eine Kälteanlage gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruchs 7.The invention relates to a method for operating egg refrigerant circuit according to the preamble of Pa claim 1 and a refrigeration system according to the preamble of the independent claim 7.

Derartige Verfahren und Kälteanlagen werden beispiels weise zur Kühlung und Klimatisierung von Straßen- und Schienenfahrzeugen mit verbrennungsmotorischem Antrieb ein gesetzt.Such methods and refrigeration systems are for example way for cooling and air conditioning of road and Rail vehicles with an internal combustion engine drive set.

Neben den bekannten Kältemitteln, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffverbindungen (Frigen) Kühlsolen (NaCl- Lösungen) etc., wird auch Luft eingesetzt, so daß der für derartige Kaltluftkälteanlagen gültige thermodynamische Vergleichsprozeß der ideale Joule-Prozeß ist. Ein derarti ger idealer Joule-Prozeß ist in Fig. 1, auf die bereits an dieser Stelle hingewiesen sei, in einem T, s-Diagramm (Temperatur, Entropie-Diagramm) dargestellt. Der Joule-Pro zeß ist gekennzeichnet durch eine Verdichtung mit konstan ter Entropie (isentrope Verdichtung) (1→2), eine Wärmeab gabe bei konstantem Druck (isobare Wärmeabgabe) (2→3), eine isentrope Entspannung (3→4) und eine isobare Wärmeaufnahme (4→1). Das heißt, nach Ende der isobaren Wärmeaufnahme entlang der Linie konstanten Druckes p₁ ist der Ausgangszustand 1 wieder erreicht.In addition to the known refrigerants, such as hydrocarbon compounds (Frigen) cooling brines (NaCl solutions) etc., air is also used, so that the thermodynamic comparison process valid for such cold air cooling systems is the ideal Joule process. Such an ideal Joule process is shown in Fig. 1, which is already referred to at this point, in a T, s diagram (temperature, entropy diagram). The Joule process is characterized by compression with constant entropy (isentropic compression) (1 → 2), heat transfer at constant pressure (isobaric heat transfer) (2 → 3), isentropic relaxation (3 → 4) and one isobaric heat absorption (4 → 1). This means that after the end of the isobaric heat absorption along the line of constant pressure p ₁ , the initial state 1 is reached again.

Ein derartiger idealer Joule-Kreisprozeß läßt sich theoretisch mit einer Kaltluftkälteanlage verwirklichen, wie sie in Fig. 2 stark vereinfacht dargestellt ist. Die im Zustand 1 (siehe Fig. 1) aus einem zu kühlenden Raum 1 (gestrichelt in Fig. 2) angesaugte Luft wird mittels eines Verdichters 2 isentrop verdichtet, wobei die zur Verdich tung erforderliche Energie von einem Elektromotor 4 oder von den Abgasen des Verbrennungsmotores geliefert werden kann. Die auf den Zustand 2 (Fig. 1) verdichtete und er wärmte Luft wird über einen umgebungsseitigen Wärmetauscher 6 entlang einer isobaren durch Wärmeaustausch mit der Umge bung abgekühlt und dem Eingang einer Expansionsmaschine 8 zugeführt. In dieser erfolgt eine isentrope Entspannung vom Zustand 3 zum Zustand 4, wobei die Luft auf ihre Kühltempe ratur abgekühlt wird. Diese Kaltluft wird einem im zu küh lenden Raum 1 angeordneten kühlraumseitigen Wärmetauscher 10 zugeführt, über den die Luft im zu kühlenden Raum 1 auf die gewünschte Temperatur abgekühlt wird. Dabei steigt entsprechend die Temperatur der Prozeßluft in der Kältean lage entlang der Isobaren p₁ vom Zustand 4 zum Ausgangs zu stand 1 an. Der Kältekreislauf kann nun von vorne beginnen.Such an ideal Joule cycle can theoretically be realized with a cold air refrigeration system, as is shown in a very simplified manner in FIG. 2. The air sucked in state 1 (see FIG. 1) from a room 1 to be cooled (dashed line in FIG. 2) is compressed isentropically by means of a compressor 2 , the energy required for compression being generated by an electric motor 4 or by the exhaust gases of the internal combustion engine can be delivered. The compressed to the state 2 ( Fig. 1) and heated air is cooled via an ambient heat exchanger 6 along an isobaric environment by heat exchange with the environment and fed to the input of an expansion machine 8 . In this an isentropic relaxation takes place from state 3 to state 4, the air being cooled to its cooling temperature. This cold air is supplied to a cow to be arranged in the lumbar area 1 cool room-side heat exchanger 10, is cooled via the air in the space to be cooled 1 to the desired temperature. The temperature of the process air in the refrigeration system rises accordingly along the isobars p ₁ from state 4 to the initial state 1. The refrigeration cycle can now start again.

Wie im folgenden noch näher ausgeführt werden wird, lassen sich derartige Kreisprozesse als geschlossene oder offene Überdruckprozesse realisieren, wobei bei geschlos senen Prozessen ein innerer Wärmetauscher verwendet wird, während dieser bei offenen Prozessen auf der Kühlseite nicht benötigt wird. Die offenen Prozesse sind energetisch günstiger als geschlossene Prozesse, da die Wärmetauscher verluste auf der Kühlseite des Kreislaufes entfallen.As will be explained in more detail below, can such circular processes be closed or Realize open overpressure processes, with closed an internal heat exchanger is used in the processes, during this with open processes on the cooling side is not needed. The open processes are energetic cheaper than closed processes because of the heat exchanger losses on the cooling side of the circuit are eliminated.

Anstelle der in Fig. 2 dargestellten einstufigen Ver dichtung kann beispielsweise auch eine zweistufige Ver dichtung mit oder ohne Zwischenkühlung vorgesehen werden. Prinzipiell einsetzbar sind auch beidseitig offene Prozes se, bei denen die zu verdichtende Luft aus der Umgebung an gesaugt wird. Die Abkühlung der der Expansionsmaschine zu geführten Luft erfolgt über Kaltluft, die dem zu kühlenden Raum entzogen wird. Ein derartiger beidseitig offener Pro zeß läßt sich auch mit zweistufiger Verdichtung mit und ohne Zwischenkühlung darstellen. Instead of the single-stage seal shown in FIG. 2, a two-stage seal can be provided, for example, with or without intermediate cooling. Processes that are open on both sides and in which the air to be compressed is sucked in from the surroundings can also be used in principle. The air fed to the expansion machine is cooled by cold air which is extracted from the room to be cooled. Such an open on both sides pro ze can also be represented with two-stage compression with and without intermediate cooling.

Neben den vorgenannten Überdruckprozessen lassen sich noch Unterdruckprozesse realisieren, bei denen Luft aus der Umgebung angesaugt und die erzeugte Kälte über einen inne ren Wärmetauscher an den zu kühlenden Raum abgegeben wird.In addition to the above-mentioned overpressure processes, still realize vacuum processes in which air from the The environment is sucked in and the cold generated inside ren heat exchanger is given to the room to be cooled.

Eine Kennziffer für einen derartigen idealen Joule-Pro zeß ist die theoretische Kälteleistungszahl ε. Ein derarti ger idealer Kreisprozeß hat einen isentropen Wirkungsgrad von η=1.0, während nicht ideale Joule-Prozesse isentrope Wirkungsgrade für die Verdichtung oder Expansion η<1 haben. Die maximal mögliche Kälteleistungszahl 6 nimmt mit abneh mendem isentropen Wirkungsgrad ab. Der Kaltluftprozeß kann erheblich verbessert werden, wenn sich ein hoher isentroper Wirkungsgrad η realisieren läßt.A key figure for such an ideal Joule process is the theoretical refrigeration coefficient ε. Such an ideal circular process has an isentropic efficiency of η = 1.0, while non-ideal Joule processes have isentropic efficiency for compression or expansion η <1. The maximum possible cooling coefficient 6 decreases with decreasing isentropic efficiency. The cold air process can be significantly improved if a high isentropic efficiency η can be achieved.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Kältmittelkreislaufes und eine Kälteanlage zur Durchführung eines derartigen Verfah rens zu schaffen, bei denen der isentrope Wirkungsgrad ge genüber herkömmlichen Lösungen verbessert ist.Accordingly, the invention is based on the object a method for operating a refrigerant circuit and a refrigeration system for performing such a procedure rens to create, in which the isentropic efficiency ge is improved compared to conventional solutions.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Kälteanlage durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 ge löst.This task is accomplished with regard to the procedure the features of claim 1 and in terms of Refrigeration system by the features of claim 7 ge solves.

Durch die Maßnahme, einen Teil der bei der Expansion (beispielsweise von Luft) freiwerdenden Energie zur Ver dichtung des Kältemittels nach der Wärmeabgabe an den zu kühlenden Raum zu verwenden, kann der isentrope Wirkungs grad wesentlich angehoben werden, so daß gegenüber herkömm lichen Lösungen höhere Kälteleistungszahlen erzielbar sind.By the measure, part of the expansion (for example of air) released energy for ver seal of the refrigerant after the heat is given off to the Using cooling space can have isentropic effects degrees are raised significantly so that compared to conventional solutions, higher cooling capacities can be achieved.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die energeti sche Verbindung der Expansionseinrichtung und der Verdich tungseinrichtung durch die Verwendung einer Druckwellenma schine erfolgt, die praktisch als Kraft- und Arbeitsma schine wirkt. Eine derartige Druckwellenmaschine vereint in sich die Funktion eines Verdichters und einer Expansions maschine.It is particularly advantageous if the energeti cal connection of the expansion device and the compression device by using a Druckwellenma machine takes place, which is practical as a power and work machine seems effective. Such a pressure wave machine combines in the function of a compressor and an expansion machine.

Die Druckwellenmaschine wird vorteilhafterweise in Kombination mit einem zusätzlichen Verdichter betrieben, da die im Expansionsteil der Druckwellenmaschine gewonnene Arbeit nicht ausreicht, um die für die Verdichtung erfor derliche Arbeit abzudecken. Dabei wird es besonders bevor zugt, wenn dieser Verdichter als Turboverdichter ausgeführt ist, der parallel oder in Reihe zur Verdichtungsseite der Druckwellenmaschine geschaltet ist.The pressure wave machine is advantageously in Combination operated with an additional compressor because that obtained in the expansion part of the pressure wave machine Not enough work to be carried out for compaction to cover any work. It will be especially important before increases when this compressor is designed as a turbo compressor is parallel or in series to the compression side of the Pressure wave machine is switched.

Ein derartiger Verdichter, beispielsweise der Turbover dichter kann durch einen eigenen Elektromotor und/oder - bei Verbrennungsmotoren - durch eine von den Verbrennungs gasen angetriebene Gasexpansionsturbine angetrieben werden. Falls genügend Abgasenergie zur Verfügung steht, kann der Elektromotor derart ausgelegt werden, daß er auch als Ge nerator eingesetzt werden kann.Such a compressor, for example the Turbover can be made denser by its own electric motor and / or - in internal combustion engines - by one of the combustion gas driven gas expansion turbine are driven. If enough exhaust gas energy is available, the Electric motor can be designed so that it can also be used as a Ge nerator can be used.

Die Kühlleistung der Kälteanlage läßt sich weiter ver bessern, wenn Druckwellenmaschine und Verdichter in Reihe angeordnet sind und zwischen diesen ein Zwischenkühler ge schaltet wird.The cooling capacity of the refrigeration system can be further reduced better if pressure wave machine and compressor in series are arranged and between them an intercooler ge is switched.

Eine weitere Verbesserung des Prozesses kann durch ei nen inneren Wärmeaustausch zwischen den der Expansionsseite und der Verdichterseite zugeführten Kältemittelströmen er folgen.A further improvement of the process can be done by ei internal heat exchange between the expansion side and the refrigerant flows supplied to the compressor side consequences.

Je nach Prozeßführung kann ein äußerer Wärmetauscher zum Abkühlen des verdichteten Kühlmittels und/oder ein in nerer Wärmetauscher zum Abkühlen der Luft im zu kühlenden Raum vorgesehen werden. Depending on the process control, an external heat exchanger can be used for cooling the compressed coolant and / or an in Other heat exchanger for cooling the air in the to be cooled Space should be provided.

Prinzipiell läßt sich der erfindungsgemäße Prozeß als geschlossener, offener, als Überdruck- oder Unterdruckpro zeß betreiben, so daß praktisch die gleichen Schaltungsva rianten wie bei den bekannten Kaltluftkälteanlagen reali sierbar sind.In principle, the process of the invention can be as closed, open, as overpressure or underpressure pro operate zeß, so that practically the same circuit similar to the well-known cold air cooling systems reali are sizable.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.Other advantageous developments of the invention are the subject of further subclaims.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.Preferred embodiments of the Invention explained with reference to schematic drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Temperatur-Entropie-Diagramm eines idealen Joule-Prozesses; . Figure 1 is a temperature-entropy diagram of an ideal Joule-process;

Fig. 2 eine Kälteanlage für einen derartigen idea len Joule-Prozeß mit einstufiger Verdich tung; Figure 2 shows a refrigeration system for such an ideal Joule process with one-stage compression.

Fig. 3 ein Kreislaufschema einer erfindungsgemäßen Kaltluftkälteanlage mit einstufiger Ver dichtung; Fig. 3 is a circuit diagram of a cold air refrigeration system according to the invention with a single-stage seal;

Fig. 4 Kälteleistungszahlen in Abhängigkeit vom Druckverhältnis und vom isentropen Wir kungsgrad; Fig. 4 cooling capacities depending on the pressure ratio and the isentropic We efficiency;

Fig. 5 eine dreidimensionale Darstellung einer Druckwellenmaschine; Fig. 5 is a three dimensional representation of a pressure wave machine;

Fig. 6a, 6b geschlossene bzw. offene Überdruckprozesse mit einstufiger Verdichtung; FIG. 6a, 6b closed and open overpressure processes with single-stage compression;

Fig. 7a, 7b geschlossene bzw. offene Überdruckprozesse mit Zwischenkühlung; Fig. 7a, 7b closed and open pressure processes with intermediate cooling;

Fig. 8a, 8b geschlossene bzw. offene Überdruckprozesse mit innerer Kühlung; Figs. 8a, 8b closed and open pressure processes with internal cooling;

Fig. 9a, 9b geschlossene bzw. offene Überdruckprozesse mit Zwischenkühlung und innerer Kühlung; Figs. 9a, 9b closed and open pressure processes with intermediate cooling and internal cooling;

Fig. 10, 11 beidseitig offene Prozesse ohne bzw. mit Zwischenkühlung; Fig. 10, 11 open at both processes without or with intercooling;

Fig. 12 einen dem Überdruckprozeß aus Fig. 6a ent sprechenden Unterdruckprozeß; FIG. 12 shows a vacuum process corresponding to the overpressure process from FIG. 6a;

Fig. 13 einen Unterdruckprozeß mit innerer Kühlung; FIG. 13 is a vacuum process with internal cooling;

Fig. 14 einen Unterdruckprozeß mit Zwischenkühlung und Fig. 14 shows a vacuum process with intermediate cooling and

Fig. 15 einen Unterdruckprozeß mit Zwischenkühlung und innerer Kühlung. Fig. 15 shows a vacuum process with intermediate cooling and internal cooling.

Fig. 3 zeigt ein stark vereinfachtes Ausführungsbei spiel eines Kreislaufschemas für eine erfindungsgemäße Kaltluftkälteanlage, bei der die Verdichterseite 14 einer Druckwellenmaschine 12 parallel zu einem Turboverdichter 2 geschaltet ist. Im folgenden werden für einander entspre chende Bauelemente die gleichen Bezugszeichen verwendet, wie sie bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung und den Fig. 1 und 2 verwendet wurden. Fig. 3 shows a highly simplified exemplary embodiment of a circuit diagram for a cold air refrigeration system according to the invention, in which the compressor side 14 of a pressure wave machine 12 is connected in parallel to a turbocompressor 2 . In the following, the same reference numerals are used for corre sponding components, as have already been used in connection with the description and FIGS. 1 and 2.

Die Luft wird aus dem zu kühlenden Raum 1 abgesaugt und in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei ein Kältemittelteil strom zum Turboverdichter 2 geführt ist, während der andere Kältemittelteilstrom mit der Verdichterseite 14 der Druck wellenmaschine 12 verbunden ist. Die beiden Kältemittel teilströme werden im Turboverdichter 2 und in der Verdich terseite 14 der Druckwellenmaschine 12 verdichtet, wobei bei realen Kreisprozessen diese Verdichtung nicht isentrop sondern mit einem isentropen Wirkungsgrad η (Verdichter, Druckwellenmaschine) < 1 erfolgt, der aufgrund der Zusam menschaltung der Druckwellenmaschine mit dem Turbover dichter höher ist als bei bisher bekannten Verdichtungsein richtungen.The air is sucked out of the room 1 to be cooled and divided into two partial streams, one refrigerant stream being guided to the turbocompressor 2 , while the other refrigerant stream is connected to the compressor side 14 of the pressure wave machine 12 . The two partial refrigerant flows are compressed in the turbocompressor 2 and in the compressor side 14 of the pressure wave machine 12 , whereby in real cycle processes this compression is not isentropic but with an isentropic efficiency η (compressor, pressure wave machine) <1, which due to the interconnection of the pressure wave machine the Turbover is denser than in previously known compression devices.

Die beiden auf den Druck p₂ verdichteten und auf die maximale Prozeßtemperatur erwärmten Kältemittelteilströme werden zusammengeführt und in einem äußeren umgebungsseiti gen Wärmetauscher, im folgenden Wärmetauscher 6 genannt, durch Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft abgekühlt. Beim realen Kreisprozeß erfolgt auch diese Abkühlung im äußeren Wärmetauscher 6 nicht entlang einer Isobaren, da die Durch strömung des Wärmetauschers mit Wärmetauscherverlusten verbunden ist. Der abgekühlte, verdichtete Kaltluftstrom wird dann der Expansionsseite 16 (Hochdruck) der Druckwel lenmaschine 12 zugeführt und dort mit dem für die Expansion kennzeichnenden Wirkungsgrad η < 1 entspannt. Durch diese Expansion kühlt sich die Luft etwa wie in Fig. 1 darge stellt, auf die niedrigste Prozeßtemperatur ab. Derart ab gekühlte Luft wird einem kühlraumseitigen inneren Wärmetau scher, im folgenden Wärmetauscher 10 genannt, zugeführt, der in dem zu kühlenden Raum 1 angeordnet ist. In diesem Kühlraum 1 befindliche Luft wird durch Wärmeaustausch mit der in den inneren Wärmetauscher 10 eintretenden Prozeßluft abgekühlt, während diese auf die Ausgangstemperatur (Zustand 1 in Fig. 1) erwärmt wird. Die aus dem inneren Wärmetauscher 10 aus tretende Kaltluft wird dann wieder aus dem zu kühlenden Raum 1 abgesaugt und der Verdichterseite 14 der Druckwellenmaschine 12 sowie dem Turboverdichter 2 zugeführt - der Kälteprozeß beginnt wieder von vorne.The two compressed to the pressure p ₂ and heated to the maximum process temperature, partial refrigerant streams are brought together and cooled in an outer environment-side heat exchanger, hereinafter referred to as heat exchanger 6 , by heat exchange with the ambient air. In the real cycle, this cooling in the outer heat exchanger 6 does not take place along an isobar, since the flow through the heat exchanger is associated with heat exchanger losses. The cooled, compressed cold air stream is then fed to the expansion side 16 (high pressure) of the Druckwel lenmaschine 12 and relaxed there with the efficiency η <1 characteristic of the expansion. This expansion cools the air approximately as shown in Fig. 1, from the lowest process temperature. In this way, cooled air is supplied to an internal heat exchanger shear, referred to below as heat exchanger 10 , which is arranged in the space 1 to be cooled. Air located in this cooling space 1 is cooled by heat exchange with the process air entering the inner heat exchanger 10 while it is being heated to the initial temperature (state 1 in FIG. 1). The cold air emerging from the inner heat exchanger 10 is then sucked out again from the space 1 to be cooled and fed to the compressor side 14 of the pressure wave machine 12 and the turbocompressor 2 - the cooling process starts again.

Der äußere und/oder der innere Wärmetauscher 6 bzw. 10 können wahlweise im Gegenstrom oder im Kreuzstrom mit der Umgebungsluft oder mit der im zu kühlenden Raum 1 vorhande nen Luft geführt werden. The outer and / or the inner heat exchanger 6 or 10 can be performed either in countercurrent or in crossflow with the ambient air or with the air present in the room 1 to be cooled.

Die Kälteleistungszahl ε für einen derartigen Prozeß mit energetischer Kopplung zwischen Expansions- und Ver dichtungseinrichtung berechnet sich nach der Gleichung (1):
The coefficient of refrigeration ε for such a process with an energetic coupling between expansion and compression device is calculated according to equation (1):

wobei p₂, p₁ die Isobaren im T, s-Diagramm und κ der Isentropen-Exponent sind. Für einen nicht idealen Prozeß, das heißt für einen Prozeß, bei dem die Zustandsänderung von 1 nach 2 bzw. von 3 nach 4 nicht entlang einer Vertika len im T, s-Diagramm sondern entlang einer geneigten Linie erfolgt ergibt sich eine maximale Kälteleistungszahl in Ab hängigkeit von einem bestimmten Druckverhältnis (p₂/p₁). Bei derartigen nicht-idealen Prozessen ist somit der isen trope Wirkungsgrad < 1.where p ₂ , p _{1 are} the isobars in the T, s diagram and κ the isentropic exponent. For a non-ideal process, that is to say for a process in which the change in state from 1 to 2 or from 3 to 4 does not take place along a vertical in the T, s diagram but along an inclined line, there is a maximum cooling capacity figure in Ab dependence on a certain pressure ratio (p ₂ / p ₁ ). In such non-ideal processes, the isen tropical efficiency is <1.

Fig. 4 zeigt Kälteleistungszahlen von Joule-Prozessen mit Energiekopplung zwischen Verdichtungs- und Expansions teil in Abhängigkeit vom isotropen Wirkungsgrad η. Es wird deutlich, daß sich die Kälteleistungszahl an diejenige des Idealprozesses annähern läßt, wenn sich durch geeignete Anlagenkonzeption ein isentroper Wirkungsgrad η realisieren läßt. Fig. 4 shows cooling capacities of Joule processes with energy coupling between compression and expansion part depending on the isotropic efficiency η. It becomes clear that the coefficient of refrigeration can be approximated to that of the ideal process if an isentropic efficiency η can be achieved by suitable system design.

Die Verwendung eines zusätzlichen Verdichters 2 ist aus den eingangs genannten Gründen erforderlich. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Turboverdichter 2 gewählt, prinzipiell könnten jedoch auch andere Verdichterbauarten eingesetzt werden. Turboverdichter zeichnen sich allerdings durch einen hohen isentropen Wirkungsgrad aus, so daß die Kälteleistung in Verbindung mit der eingesetzten Druckwel lenmaschine einen Maximalwert annimmt. The use of an additional compressor 2 is necessary for the reasons mentioned above. In the exemplary embodiment shown, a turbocompressor 2 is selected, but in principle other types of compressor could also be used. However, turbocompressors are characterized by a high isentropic efficiency, so that the cooling capacity in connection with the Druckwel lenmaschine assumes a maximum value.

Für den Fall, daß die Kaltluftkälteanlage zur Klimati sierung eines Kraftfahrzeugs oder eines Schienenfahrzeugs mit Verbrennungsmotor eingesetzt wird, kann der Turbover dichter 2 unter Ausnützung des freiwerdenden Abgas es durch eine Abgasexpansionsturbine 20 bekannter Bauart angetrieben werden. Für die Kaltlaufphase des Verbrennungsmotors oder für Betriebszustände des Verbrennungsmotors, in denen nicht genug Abgasenergie zum Antrieb der Abgasexpansionsturbine 20 zur Verfügung steht, erfolgt der Antrieb des Turbover dichters 2 durch einen Elektromotor 18, so daß die Ver dichtung unabhängig von der nutzbaren Abgasenergie erfolgen kann.In the event that the cold air refrigeration system is used for air conditioning a motor vehicle or a rail vehicle with an internal combustion engine, the turbo denser 2 can be driven by an exhaust gas expansion turbine 20 of a known type using the released exhaust gas. For the cold running phase of the internal combustion engine or for operating states of the internal combustion engine, in which there is not enough exhaust gas energy to drive the exhaust gas expansion turbine 20 , the drive of the turbo poet 2 takes place by an electric motor 18 , so that the sealing can take place independently of the usable exhaust gas energy.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel soll dieser Elektromotor 18 im Fahrbetrieb - das heißt bei ausreichen der Abgasenergie - als Generator eingesetzt werden, der durch die Abgasexpansionsturbine 20 angetrieben wird.In a preferred exemplary embodiment, this electric motor 18 is to be used as a generator during driving operation - that is, if the exhaust gas energy is sufficient - and is driven by the exhaust gas expansion turbine 20 .

Turboverdichter, auch Kreiselverdichter oder Turbokom pressoren genannt, arbeiten nach dem dynamischen Prinzip, das heißt, sie erzeugen einen statischen Druck durch Um wandlung von kinetischer Energie in statische Druckenergie. Als energieübertragendes Element werden Laufräder einge setzt, die mit hoher Drehzahl rotieren. Je nach Laufradform unterscheidet man dabei Radialverdichter und Axialradver dichter. Wie bereits erwähnt zeichnen sich derartige Tur boverdichter 2 durch einen hohen isentropen Wirkungsgrad aus, so daß in Kombination mit der Druckwellenmaschine 14 hohe Kälteleistungszahlen realisierbar sind.Turbo compressors, also called centrifugal compressors or turbo compressors, work on the dynamic principle, that is, they generate a static pressure by converting kinetic energy into static pressure energy. Impellers that rotate at high speed are used as an energy-transmitting element. Depending on the shape of the impeller, a distinction is made between radial compressors and axial impellers. As already mentioned, such bover compressor 2 are characterized by a high isentropic efficiency, so that in combination with the pressure wave machine 14 high cooling capacities can be achieved.

Hinsichtlich konstruktiver Details von Turboverdichtern 2 und Abgas-Expansionsturbinen 20 sei der Einfachheit halber auf die zahlreich vorhandene Fachliteratur verwie sen.With regard to the structural details of turbocompressors 2 and exhaust gas expansion turbines 20 , for the sake of simplicity, reference is made to the numerous specialist literature available.

Die bei dem erfindungsgemäßen Kaltluftprozeß einge setzte Druckwellenmaschine ist im Prinzip ein Zellen radverdichter, der in den USA unter dem Namen "Comprex" be kannt ist. Während man normalerweise zur Verdichtung eines gasförmigen Mediums einen Verdichter und eine Antriebsma schine benötigt, wird in der Druckwellenmaschine (Zellenradverdichter) die Energie direkt von einem gasför migen Medium an ein anderes gasförmiges Medium übertragen. Es handelt sich somit um die Vereinigung einer Kraft- und Arbeitsmaschine in einer einzigen Maschine. Prinzipiell können Druckwellenmaschinen mit drei Betriebsarten betrie ben werden:
The pressure wave machine used in the cold air process according to the invention is in principle a cell wheel compressor which is known in the USA under the name "Comprex". While a compressor and a drive machine are normally required to compress a gaseous medium, the energy is transferred directly from one gaseous medium to another gaseous medium in the pressure wave machine (cellular wheel compressor). It is therefore a combination of a power and work machine in a single machine. In principle, pressure wave machines can be operated with three operating modes:

a) a medium is relaxed and thereby compresses second medium (this process management is described in the present Cold air process used);
b) a medium of medium pressure is in two streams divided, of which one is higher and the other others are brought to a deeper pressure and
c) two pass streams, one higher and the other others will have a lower pressure on a medium one Brought pressure level.

Wie aus der stark vereinfachten räumlichen Darstellung gemäß Fig. 5 entnehmbar ist, hat eine derartige Druckwel lenmaschine 12 ein Zellenrad 22, das drehbar in einem Ge häuse 24 gelagert ist. Das Gehäuse 24 hat an der Verdich terseite 14 und der Expansionsseite 16 jeweils einen Ein tritt 26 bzw. 28 und einen Austritt 30 bzw. 32 zur Zu- und Abführung der zu verdichtenden bzw. zu expandierenden Kaltluft.As can be seen from the greatly simplified spatial representation according to FIG. 5, such a Druckwel lenmaschine 12 has a cellular wheel 22 which is rotatably mounted in a housing 24 Ge. The housing 24 has on the compression side 14 and the expansion side 16 each has an entry 26 and 28 and an outlet 30 and 32 for supplying and discharging the cold air to be compressed or expanded.

Die durch das Zellenrad 22 gebildeten, sich in Axial richtung erstreckenden Zellen 23 können mit geraden oder gekrümmten Wandungen ausgeführt werden, wobei bei geraden Zellen 23 in der Regel ein äußerer Antrieb benötigt wird, während bei gekrümmten Zellwandungen (Schaufeln) die Dre hung durch Ablenkung der Kaltluftströmung bewerkstelligt wird. Der gegebenenfalls erforderliche Antrieb des Zellen rades 22 ist in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 34 angedeutet. The formed by the cellular wheel 22 , extending in the axial direction cells 23 can be carried out with straight or curved walls, with straight cells 23 usually an external drive is required, while with curved cell walls (blades) the rotation by deflecting the Cold air flow is accomplished. The possibly required drive of the cell wheel 22 is indicated in Fig. 5 with the reference numeral 34 .

Während der Drehung des Zellenrades 22 kommen die in Axialrichtung verlaufenden Zellen 23 an Öffnungen vorbei, die mit den Eintritts- und Austrittsstutzen 26 bis 32 ver bunden sind. Diese Öffnungen im Gehäuse 24 müssen derart angeordnet sein, daß sie in Abhängigkeit von der Zellen länge (Axiallänge) und der Drehzahl des Zellenrades 22 den gasdynamischen Vorgängen folgen. Das heißt, die Verdich tungs- und Verdünnungswellen (Druck-/Saugwellen) müssen im richtigen Takt auf die Öffnungen bzw. Wandungen des Gehäu ses 24 treffen. Dabei wird am expansionsseitigen Eintritt 28 eine Druckwelle in die jeweilige Zelle eingeleitet, die zu einer Verdichtung der durch den verdichterseitigen Ein tritt 26 eintretenden Luft führt, die durch den verdichter seitigen Austritt 30 die Druckwellenmaschine 12 verläßt. Durch den expansionsseitigen Austritt (Niederdruck) wird eine Saugwelle (Verdünnungswelle) in die jeweilige Zelle eingeleitet, welche die Expansion der durch den Eintritt 28 zugeführten Luft bewirkt. Die entstehenden Verdichtungs- und Verdünnungswellen (Druckwellen, Saugwellen) unterstüt zen sich gegenseitig im richtigen Takt, so daß sich im sta tionären Zustand die gewünschten Druckverhältnisse ein stellen. Die einzelnen Zellen 23 werden abwechselnd von vergleichsweise kühler Luft (expansionsseitig) und erwärm ter Luft (verdichterseitig) durchströmt, so daß die Wände der Zellen selbst eine mittlere Temperatur annehmen, die zwischen den beiden vorgenannten Temperaturen liegt. Der Einfachheit halber sei hinsichtlich weiterer Details eben falls auf die vorliegende Fachliteratur zum Comprex-Verfah ren verwiesen. Derartige Druckwellenmaschinen werden zur Aufladung bei kleinen, stationären Dieselmotoren oder bei Fahrzeugmotoren eingesetzt.During the rotation of the cellular wheel 22 , the cells 23 extending in the axial direction come past openings which are connected to the inlet and outlet ports 26 to 32 . These openings in the housing 24 must be arranged such that they follow the gas-dynamic processes depending on the cell length (axial length) and the speed of the cellular wheel 22 . This means that the compression and dilution waves (pressure / suction waves) must hit the openings or walls of the housing 24 in the correct cycle. In this case, a pressure wave is introduced into the respective cell at the inlet 28 on the expansion side, which leads to compression of the air entering through the compressor side 26 , which leaves the pressure wave machine 12 through the compressor-side outlet 30 . A suction wave (dilution wave) is introduced into the respective cell through the outlet (low pressure) on the expansion side, which causes the air supplied through the inlet 28 to expand. The resulting compression and dilution waves (pressure waves, suction waves) support each other in the right cycle, so that the desired pressure conditions occur in the stationary state. The individual cells 23 are alternately flowed through by comparatively cool air (expansion side) and heated air (compressor side), so that the walls of the cells themselves assume an average temperature which lies between the two aforementioned temperatures. For the sake of simplicity, reference should also be made to the available specialist literature on the Comprex process with regard to further details. Such pressure wave machines are used for charging small, stationary diesel engines or in vehicle engines.

In Fig. 6a ist das Kreislaufschema der Kälteanlage aus Fig. 3 nochmals in etwas abgewandelter Form dargestellt. Daraus geht hervor, daß der Prozeßluft im inneren Wärmetau scher 10 eine Wärmemenge ₀ zugeführt wird, während der Prozeßluft im äußeren Wärmetauscher 6 durch Wechselwirkung mit der Umgebungsluft ein Wärmestrom _ab entzogen wird.In Fig. 6a is the circuit diagram of the refrigeration system of FIG. 3 shown again in a somewhat modified form. It is apparent that the process air in the inner Wärmetau shear 10 is a heat quantity ₀ is supplied, during the process air in the outdoor heat exchanger 6 is removed by interaction with the ambient air, a heat _stream.

Bei dem in Fig. 3, 6a dargestellten Prozeß handelt es sich um einen sog. geschlossenen Prozeß, bei dem ein in nerer Wärmetauscher 10 auf der Kühlseite, d. h. zur Abküh lung des Kühlraumes 1 benötigt wird.The process shown in FIGS . 3, 6a is a so-called closed process in which a heat exchanger 10 is required on the cooling side, ie for cooling the cooling space 1 .

Aus energetischen Gesichtspunkten kann es allerdings vorteilhaft sein, wenn zur Vermeidung der Wärmetauscherver luste auf der Kühlseite der innere Wärmetauscher 10 ent fällt und die Prozeßluft direkt dem geschlossenen Kühlraum 1 zugeführt bzw. aus diesem abgesaugt wird. Ein derartiger offener Prozeß, bei dem kein innerer Wärmetauscher 10 ver wendet wird, ist in Fig. 6b dargestellt.From an energetic point of view, however, it can be advantageous if, to avoid the heat exchanger losses on the cooling side, the inner heat exchanger 10 falls and the process air is fed directly to the closed cooling space 1 or is extracted from it. Such an open process, in which no internal heat exchanger 10 is used ver, is shown in Fig. 6b.

Während bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen Teilströme der Prozeßluft in der Druckwellenmaschine 12 und im Turboverdichter 2 verdichtet wurden und diese beiden Teilströme nach Vereinigung und Abkühlung der Expansi onsseite der Druckwellenmaschine zugeführt wurden, können der Turboverdichter 2 und die Verdichterseite 14 der Druck wellenmaschine auch hintereinander geschaltet werden. Zur Verbesserung der Kälteleistungszahl ist es bei einer der artigen Schaltung, die in den Fig. 7a, 7b dargestellt ist, vorteilhaft, wenn zwischen den Turboverdichter 2 und die Expansionsseite der Druckwellenmaschine 12 ein Zwi schenkühler 34 geschaltet wird. Durch einen derartigen Zwi schenkühler 34 wird die Prozeßluft nach der Verdichtung im Turboverdichter 2 durch Wärmeaustausch mit der Umgebung zwischengekühlt und somit mit niedrigerer Temperatur der Verdichterseite 14 der Druckwellenmaschine 12 zugeführt. Auch dieser Prozeß mit Zwischenkühler 34 zwischen den bei den Verdichtungsstufen im Turboverdichter 2 und in der Druckwellenmaschine 12 läßt sich als geschlossener Prozeß (in Fig. 7a) und offener Prozeß (in Fig. 7b) realisieren. Modellrechnungen zeigten, daß sich mit dem in Fig. 7b dar gestellten Prozeß höhere Kälteleistungszahlen realisieren lassen als mit den sonstigen, vorbeschriebenen Prozessen.While in the above-described exemplary embodiments, partial flows of the process air in the pressure wave machine 12 and in the turbocompressor 2 were compressed and these two partial flows were fed to the pressure wave machine after unification and cooling of the expansion side, the turbocompressor 2 and the compressor side 14 of the pressure wave machine can also be connected in series. To improve the cooling capacity, it is advantageous in one of the type of circuit shown in FIGS. 7a, 7b if an intermediate cooler 34 is connected between the turbocompressor 2 and the expansion side of the pressure wave machine 12 . By such an inter mediate cooler 34 , the process air is intercooled after compression in the turbocompressor 2 by heat exchange with the environment and thus supplied to the compressor side 14 of the pressure wave machine 12 at a lower temperature. This process with an intercooler 34 between those in the compression stages in the turbocompressor 2 and in the pressure wave machine 12 can also be realized as a closed process (in FIG. 7a) and an open process (in FIG. 7b). Model calculations showed that higher cooling capacities can be achieved with the process shown in Fig. 7b than with the other processes described above.

Die Fig. 8a, 8b, 9a und 9b zeigen Kaltluftkälteanla gen, bei denen die aus dem Kühlraum 1 austretende Kaltluft durch einen inneren Wärmeaustausch mit der der Expansions seite 16 der Druckwellenmaschine 12 zugeführten Prozeßluft erwärmt wird, so daß die Prozeßlufttemperatur am Eingang der Expansionsseite 16 der Druckwellenmaschine 12 entspre chend abgesenkt wird. Dieser innere Wärmeaustausch zwischen der Hochdruck-/Niederdruck-Prozeßluft erfolgt in einem Innenwärmetauscher 36, der im Gegen- oder im Kreuzstrom betrieben werden kann. Figs. 8a, 8b, 9a and 9b show Kaltluftkälteanla gene in which the liquid emerging from the cooling chamber 1 cold air with the expansion side through an internal heat exchanger 16 of the pressure wave machine 12 supplied process air is heated, so that the process air temperature at the inlet of the expansion side 16 the pressure wave machine 12 is accordingly lowered. This internal heat exchange between the high-pressure / low-pressure process air takes place in an internal heat exchanger 36 , which can be operated in countercurrent or in crossflow.

In den Fig. 8a, 8b sind Kaltluftkälteanlagen ge zeigt, bei denen - ähnlich wie bei den Ausführungsbeispie len gemäß den Fig. 6a, 6b der Turboverdichter 2 parallel zur Verdichterseite 14 der Druckwellenmaschine 12 geschal tet ist. Die Prozesse können wiederum als geschlossener (Fig. 8a) oder offener (Fig. 8b) Prozeß ausgeführt werden.In Figs. 8a, 8b, cold air refrigeration systems are ge shows in which -. Similar to the Ausführungsbeispie len according to Figs 6a, 6b of the turbo compressor 2, the pressure wave machine is tet geschal 12 parallel to the compressor page 14. The processes can in turn be carried out as a closed ( FIG. 8a) or open ( FIG. 8b) process.

Bei den in den Fig. 9a, 9b dargestellten Prozessen sind der Turboverdichter 2 und die Verdichterseite 14 der Druckwellenmaschine entsprechend den Schaltschemata in den Fig. 7a, 7b hintereinander geschaltet, so daß wiederum die Möglichkeit besteht, einen Zwischenkühler 34 einzuset zen, um die Prozeßluft nach der Verdichtung im Turbover dichter 2 durch Abzug des Wärmestroms _zw zwischenzukühlen. Selbstverständlich lassen sich auch diese Prozesse ge schlossen (Fig. 9a) oder offen (Fig. 9b) realisieren. Die Kälteleistungszahl des in Fig. 9b dargestellten offenen Prozesses ist wiederum höher als diejenige der davor dar gestellten Prozesse.In the processes shown in FIGS. 9a, 9b, the turbocompressor 2 and the compressor side 14 of the pressure wave machine are connected in series in accordance with the circuit diagrams in FIGS . 7a, 7b, so that in turn there is the possibility of using an intercooler 34 to process air after compression in the Turbover denser 2 _{between cooling} by subtracting the heat flow. Of course, these processes can also be closed ( Fig. 9a) or open ( Fig. 9b). The cooling coefficient of performance of the open process shown in FIG. 9b is again higher than that of the processes presented before.

Während bei den in den Fig. 6b, 7b, 8b und 9b darge stellten Kälteanlagen einseitig offene Prozesse verwendet werden, d. h. Prozesse, bei denen die Prozeßluft aus dem Kühlraum 1 angesaugt und abgekühlt in diesen zurückgeführt wird, können alternativ auch sog. beidseitig offene Pro zesse eingesetzt werden, bei denen die Prozeßluft aus der Umgebung angesaugt wird. Derartige Prozesse sind in den Fig. 10 und 11 dargestellt.While in Fig. 6b, 7b, 8b and 9b Darge presented refrigeration systems one-sided open processes are used, ie processes in which the process air is sucked out of the cooling space 1 and cooled back into this, alternatively so-called open on both sides pro processes are used in which the process air is sucked in from the environment. Such processes are shown in FIGS. 10 and 11.

Bei dem in Fig. 10 gezeigten Kreislaufschema wird die Prozeßluft aus der Umgebung angesaugt und in zwei Teil ströme unterteilt, von denen einer im Turboverdichter 2 und der andere durch die Druckwellenmaschine 12 verdichtet wird. Nach Zusammenführung der beiden Teilströme erfolgt eine Abkühlung der Prozeßluft in einem Wärmetauscher 40, wobei zur Abkühlung Luft aus dem Kühlraum 1 entnommen und dem Wärmetauscher 40 zugeführt wird. Nach der Abkühlung wird die Prozeßluft in der bereits bekannten Weise der Ex pansionsseite 16 der Druckwellenmaschine 12 zugeführt, dort entspannt und abgekühlt und dann in den Kühlraum 1 einge leitet.In the circuit diagram shown in Fig. 10, the process air is sucked in from the environment and divided into two streams, one of which is compressed in the turbocompressor 2 and the other by the pressure wave machine 12 . After the two partial flows have been brought together, the process air is cooled in a heat exchanger 40 , air being removed from the cooling space 1 for cooling and fed to the heat exchanger 40 . After cooling, the process air is supplied in the already known manner to the expansion side 16 of the pressure wave machine 12 , where it is relaxed and cooled and then passed into the cooling space 1 .

Bei dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Prozeßluft ebenfalls aus der Umgebung angesaugt, wobei allerdings der Turboverdichter 2 und die Druckwellen maschine 12 hintereinander geschaltet sind, so daß wiederum ein Zwischenkühler 34 zur Abkühlung der im Turboverdichter 2 verdichteten Prozeßluft eingesetzt werden kann. Die Ab kühlung im Wärmetauscher 40 erfolgt analog zum vorbeschrie benen Ausführungsbeispiel.In the embodiment shown in Fig. 11, the process air is also sucked in from the environment, but the turbocompressor 2 and the pressure wave machine 12 are connected in series, so that in turn an intercooler 34 can be used to cool the process air compressed in the turbocompressor 2 . From cooling in the heat exchanger 40 is carried out analogously to the exemplary embodiment described above.

Mit derartig beidseitig offenen Prozessen dürften sich optimale Kälteleistungszahlen realisieren lassen, die sehr nahe am idealen Joule-Prozeß angeordnet sind.With such processes open on both sides are likely optimal cooling performance figures can be realized, the very are arranged close to the ideal Joule process.

Bei den in den Fig. 3 bis 11 dargestellten Prozessen handelt es sich um sog. Überdruckprozesse, bei denen die Luft aus dem Kühlraum 1 oder aus der Umgebung angesaugt und nach der Entspannung wieder zum Kühlraum zurückgeführt wurde. The processes shown in FIGS. 3 to 11 are so-called overpressure processes in which the air is sucked in from the cooling room 1 or from the environment and is returned to the cooling room after the expansion.

Prinzipiell lassen sich die in den Fig. 3 bis 9 ge zeigten Prozesse auch als sog. Unterdruckprozesse realisie ren, bei denen die Prozeßluft aus der Umgebung angesaugt uni nach der Verdichtung auch wieder zur Umgebung zurückge führt werden, während der Wärmeaustausch im Kühlraum 1 über einen inneren Wärmetauscher erfolgt.In principle, the processes shown in FIGS. 3 to 9 can also be realized as so-called negative pressure processes, in which the process air sucked in from the environment uni after compression also leads back to the environment, while the heat exchange in the cooling room 1 via a inner heat exchanger takes place.

Derartige Unterdruckprozesse sind in den Fig. 12 bis 15 dargestellt.Such negative pressure processes are shown in FIGS. 12 to 15.

Bei dem in Fig. 12 gezeigten Kreislaufschema wird Pro zeßluft aus der Umgebung entnommen und der Expansionsseite 16 der Druckwellenmaschine zugeführt und dort auf einen Un terdruck gebracht. Durch diese Entspannung wird die Prozeß luft abgekühlt und anschließend dem inneren Wärmetauscher 10 im Kühlraum 1 zugeführt, so daß letzterem zur Klimati sierung Wärme entzogen wird. Die erwärmte Prozeßluft wird dann in zwei Teilströme aufgeteilt und im Turboverdichter 2 bzw. in der Verdichterseite 14 der Druckwellenmaschine 12 verdichtet, so daß die Prozeßluft mit Umgebungsdruck an die Umgebung abgegeben werden kann.In the circuit diagram shown in Fig. 12 Pro zeßluft is taken from the environment and supplied to the expansion side 16 of the pressure wave machine and brought there to a vacuum. By this relaxation, the process air is cooled and then fed to the inner heat exchanger 10 in the cooling room 1 , so that the latter heat is removed for Klimati. The heated process air is then divided into two partial flows and compressed in the turbocompressor 2 or in the compressor side 14 of the pressure wave machine 12 , so that the process air can be released to the environment at ambient pressure.

Fig. 13 zeigt ein Kreislaufschema, bei dem durch Ver wendung eines Innenwärmetauschers 36 die der Expansions seite 16 der Druckwellenmaschine 12 zugeführte Prozeßluft abgekühlt und die aus dem Innenraum 1 angesaugte Prozeßluft vor der Verdichtung erwärmt wird. Fig. 13 shows a circuit diagram in which the process air supplied to the expansion side 16 of the pressure wave machine 12 is cooled by the use of an internal heat exchanger 36 and the process air drawn in from the interior 1 is heated before compression.

Die Fig. 14 und 15 zeigen den Fig. 12 und 13 ent sprechende Kälteanlagen, bei denen der Turboverdichter 2 und die Verdichterseite 14 der Druckwellenmaschine 12 hin tereinander geschaltet sind, so daß ein Zwischenkühler 34 zur Zwischenkühlung der im Turboverdichter 2 verdichteten Prozeßluft verwendet werden kann. Fig. 15 zeigt dabei ein Kreislaufschema, bei dem entsprechend der Darstellung in Fig. 13 ein Innenwärmetauscher 36 zur Abkühlung der in die Expansionsseite 16 der Druckwellenmaschine 12 eintretenden Prozeßluft bzw. zur Erwärmung der in den Turboverdichter 2 eintretenden Prozeßluft eingesetzt wird. FIGS. 14 and 15 show in FIGS. 12 and 13 ent speaking refrigeration systems in which the turbo compressor 2 and the compressor side 14 of the pressure wave machine 12 are switched back behind the other so that an intermediate cooler 34 can be used for intermediate cooling of the compressed in the turbo compressor 2 process air . FIG. 15 shows a circuit diagram in which, as shown in FIG. 13, an internal heat exchanger 36 is used for cooling the process air entering the expansion side 16 of the pressure wave machine 12 or for heating the process air entering the turbocompressor 2 .

Selbstverständlich sind noch weitere Varianten und Kom binationen der vorgenannten Schaltungen realisierbar, wobei beispielsweise auch eine mehrstufige Verdichtung durch hin tereinander geschaltete, kleinere Turboverdichter vorstell bar ist. Wesentlich für die Erfindung ist, daß bei der Ex pansion der Prozeßluft freiwerdende Energie über die Druck wellenmaschine zur Verdichtung zumindest eines Teilstromes der Prozeßluft ausgenutzt wird, so daß der isentrope Wir kungsgrad der Anlage relativ nahe zum Wirkungsgrad eines idealen Kreisprozesses kommt.Of course, there are other variants and comm binations of the aforementioned circuits can be implemented, wherein for example, a multi-stage compression through Introduce smaller turbo compressors connected in series is cash. It is essential for the invention that in the Ex expansion of the process air released energy over the pressure wave machine for compressing at least one partial flow the process air is used so that the isentropic We efficiency of the system relatively close to the efficiency of a ideal cycle comes.

Offenbart sind ein Verfahren zum Betreiben eines Kälte mittelkreislaufes und eine Kälteanlage zur Durchführung ei nes derartigen Verfahrens, bei denen die bei der Expansion der Prozeßluft freiwerdende Energie zumindest teilweise zur Verdichtung der Prozeßluft ausgenutzt wird. Die Verdichtung und Expansion der Prozeßluft erfolgt vorzugsweise in einer Druckwellenmaschine, der zum Ausgleich der Energieverluste ein Turboverdichter zugeordnet ist.Disclosed are a method of operating a cold medium circuit and a refrigeration system to carry out egg Such a process, in which the expansion of the process air released energy at least partially to Compression of the process air is used. The compression and expansion of the process air preferably takes place in one Pressure wave machine used to compensate for energy losses a turbocompressor is assigned.

Claims

1. Method for operating a refrigerant circuit with the steps:

- expanding a gaseous refrigerant;
- Heating the expanded and cooled refrigerant by heat exchange with a medium to be cooled;
Compression of the gaseous refrigerant,
characterized in that the energy released during the expansion step is used to compress the refrigerant.

2. The method according to claim 1, characterized in that at least part of the compression in the United poet side ( 14 ) and the expansion in the expansion side of a pressure wave machine ( 12 ).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the compression is additionally carried out in a mechanical compressor ( 2 ) me.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the compressor ( 2 ) is operated by the exhaust gas of an internal combustion engine and / or an electric motor ( 18 ).

5. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that the refrigerant circuit run as a closed or open overpressure or Un terdruck process is operated.

6. The method according to claim 5, characterized net that the circuit with internal heat exchange between expanded and compressed refrigerant will.

7. Refrigeration system, especially to carry out the procedure rens according to one of the preceding claims, with a compression device for compressing a gas shaped refrigerant, an expansion device for Relax the refrigerant and one between expansi arranged onseinrichtung and compression device Heat exchanger, characterized in that the compression tion device and the expansion device such are operatively related to being free in the expansion energy used to compress the refrigerant is cash.

8. Refrigeration system according to claim 7, characterized in that the expansion device and the compression device are designed together as a pressure wave machine ( 12 ).

9. Refrigeration system according to claim 8, characterized in that the pressure wave machine ( 12 ) is assigned a compressor ( 2 ) for additional compression of the refrigerant.

10. Refrigeration system according to claim 9, characterized in that the compressor is a turbocompressor ( 2 ) which is driven by an electric motor ( 18 ) and / or a Gasex expansion turbine ( 20 ).

11. The refrigeration apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the pressure wave machine (12) and the compressor (2) connected in series and wave machine between pressure (12) and compressor (2) a Zwischenküh ler is arranged (34).

12. Refrigeration system according to one of claims 8 to 11, characterized by an internal heat exchanger ( 36 ) for cooling the in the expansion side ( 16 ) of the Druckwel lenmaschine ( 12 ) entering refrigerant flow by heat exchange with the refrigerant to be compressed current.

13. Refrigeration plant according to one of the preceding claims 7 to 12, characterized by an external heat exchanger ( 6 ) for cooling the compressed refrigerant medium flow by heat exchange with the environment.

14. Refrigeration system according to one of the preceding claims 7 to 13, characterized by an internal heat exchanger ( 10 ) for cooling a cooling room ( 1 ) by heat exchange with the expanded flow of refrigerant.