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DE4005698A1 - Verfahren und vorrichtung zum klimatisieren von geschlossenen raeumen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum klimatisieren von geschlossenen raeumen

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Publication number
DE4005698A1
DE4005698A1 DE19904005698 DE4005698A DE4005698A1 DE 4005698 A1 DE4005698 A1 DE 4005698A1 DE 19904005698 DE19904005698 DE 19904005698 DE 4005698 A DE4005698 A DE 4005698A DE 4005698 A1 DE4005698 A1 DE 4005698A1
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DE
Germany
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compressor
air
motor
channel
gaseous medium
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Application number
DE19904005698
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English (en)
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DE4005698C2 (de
Inventor
Klaus Dipl Ing Willing
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.)
WILLING, KLAUS, 41063 MOENCHENGLADBACH, DE
Original Assignee
Mannesmann AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann AG filed Critical Mannesmann AG
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Publication of DE4005698A1 publication Critical patent/DE4005698A1/de
Application granted granted Critical
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0085—Systems using a compressed air circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/004—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being air

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  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klimatisieren von geschlossenen Räumen mit der dazu erforderlichen Einrichtung gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 5.
Klimaanlagen besitzen üblicherweise einen geschlossenen Kältemittelkreislauf mit einem in Strömungsrichtung des Arbeismittels in Reihe angeordneten Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer. Als Arbeitsmittel kommen flüssige Kältemittel zum Einsatz. Das Kältemittel entzieht im Verdampfer der vorbeiströmenden Luft die Wärme und verdampft dabei. Anschließend wird vom gleichzeitig als Kreislaufpumpe dienenden Kompressor verdichtet. Die der Luft entzogene Wärme, durch die Kompression jetzt mit höherer Temperatur, wird am Kondensator an die Umgebung abgegeben. Durch die Wärmeabgabe verflüssigt sich das Arbeitsmittel und durch das nachgeschaltete Expansionsventil entspannt es auf niederen Druck und niedere Temperatur.
Auf der DE-OS 36 27 369 ist eine Kompressions-Klimaanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der außer einem Hauptkondensator ein mit der Wasserkühlung der Brennkraftmaschine in Verbindung stehender Vorkühler sowie ein Verdampfer vorgesehen sind. Dem Kühler der Wasserkühlung ist ein Lüfter zugeordnet. Bei der insgesamt aufwendig aufgebauten und eine Fülle von Bauelementen aufweisenden Klimaanlage wird der Zuluftstrom für den Fahrgastraum über den Verdampfer geführt. Einfluß auf das Arbeitsmittel Luft wird ausschließlich durch Wärmetausch genommen.
Gleiches gilt auch für die aus der DE-OS 36 35 353 bekannten Klimaanlage, bei der zusätzlich die Möglichkeit des Aufheizens der Fahrgastraumluft gegeben ist.
Der Energieverbrauch der bekannten Klimaanlagen ist hoch, zumal keine Möglichkeit der Energierückgewinnung vorgesehen ist. Zur Bewegung der zu kühlenden Luft ist ein gesonderter Ventilator erforderlich.
In Klimaanlagen der genannten Art kommen üblicherweise Arbeitsmittel zum Einsatz, die umweltschädlich und gerade bei der Entsorgung der Anlagen problematisch sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Klimatisierung von geschlossenen Räumen zu finden, bei denen unter Einsatz einfacher Mittel, kostengünstig und energiesparend umweltfreundliche Gase Verwendung finden.
Die Aufgabe wird gelöst durch die in den Ansprüchen 1 und 5 dargelegten kennzeichnenden Merkmale.
Erfindungsgemäß wird unmittelbar Einfluß auf das Medium Gas, in den meisten Fällen wird dies Luft sein, genommen. Ohne einen gesonderten Kühl- oder Heizungskreislauf zu benötigen, wird das sich in den zu klimatisierenden Raum befindliche Gas aus dem Raum abgesaugt und verdichtet. Aufgrund seines einfachen Aufbaus bietet sich ein Rotationsverdichter an. Nur bei Bedarf wird Fremdluft dazugemischt. Bei der Verdichtung steigen der Druck und die Temperatur des Gases an. Das Gas, bzw. die Luft bei einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, wird im verdichteten Zustand durch einen Kühler geführt. Bei einem Kraftfahrzeug kann dabei der für die Motorkühlung vorhandene Kühler genutzt werden.
Bei dem geringen Kühlbedarf der erfinderischen Klimaanlage reicht ein baulich kleiner Kühler. Dies bietet den Vorteil, einen kompletten kompakten Einbausatz einschließlich Kühler an einer beliebigen Stelle in beispielsweise einem Kraftfahrzeug, einem Wohnraum o. ä. zu installieren.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Klimatisierung liegt darin, daß für die Umwälzung der Luft in dem zu klimatisierenden Raum kein zusätzlicher Ventilator erforderlich ist.
Das abgekühlte und mit Druck beaufschlagte Gas wird anschließend über ein Entspannungselement geführt und strömt dann zurück in den geschlossenen Raum. Beim Abströmen über das Entspannungselement entspannt sich das Gas und kühlt dabei ab. Durch Verändern der Parameter Druck und Temperatur zwischen Verdichtung und Entspannung kann auf die Höhe der Gastemperatur bei Wiedereintritt in den geschlossenen Raum Einfluß genommen werden. So kann, bezogen auf die Umgebungstemperatur sowie die aktuelle Temperatur der Raumluft, die Luft im geschlossenen Raum gekühlt werden.
Als Entspannungselement bietet sich zwecks Rückgewinnung von Energie beispielsweise ein Flügelzellenmotor an, der mit einem Generator in Verbindung steht. Die gewonnene Energie wird dem System der Anlage bzw. des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt.
Durch einen Befeuchter besteht die Möglichkeit, das Gas bzw. die Luft auf optimale Klimawerte einzustellen.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage mit elektrischer Verbindung zwischen Strömungsmaschine und Entspannungselement.
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage mit mechanischer Verbindung zwischen Strömungsmaschine und Entspannungselement.
Die Fig. 1 und 2 zeigen den zu klimatisierenden geschlossenen Raum 10. An den Raum 10 angeschlossen ist ein Kanal 20 einenends mit dem Kanaleingang 21 und anderenends mit der Mündung 23. Im Bereich des Kanaleingangs 27 ist eine durch ein Zuluftventil 26 absperrbare Zuluftleitung 27 vorgesehen.
In der Nähe des Kanaleingangs 21 ist eine Strömungsmaschine 30, bestehend aus einem durch einen Motor 32 angetriebenen Verdichter 31, vorgesehen. Der Verdichter 31 weist eine Steuerung 33 zur Änderung der Drehzahl und/oder des Arbeitsvolumens auf.
In Strömungsrichtung hinter der Strömungsmaschine ist im Kanal 20 ein Wärmetauscher 22 angeordnet. Der Wärmetauscher 22 besitzt einen eigenen Kühlmittelkreislauf 25.
Vor der Mündung 23 des Kanals 20 ist ein Entspannungselement 40 angeordnet. Das Entspannungselement 40 ist durch die Steuerung 43 steuerbar und weist eine Arbeitsmaschine auf, die beispielsweise als Turbine oder als Flügelzellenmotor ausgestaltet ist.
Zwischen dem Entspannungselement 40 und der Mündung 23 des Kanals 20 ist ein Luftbefeuchter 24 vorgesehen.
In der Fig. 1 ist die Arbeitsmaschine 41 mit einem Generator 42 verbunden, der über eine energiemäßige Verbindung 50 an den Motor 32 gekoppelt ist. Die energiemäßige Verbindung 50 weist ein Stromkabel 53 auf, das an einen Akkumulator 54 angeschlossen ist. Während des Betriebes der Klimaanlage wird die vom Generator 42 erzeugte elektrische Energie an den Akkumulator 54 abgegeben.
In der Fig. 2 wird die energiemäßige Verbindung 50 durch eine Welle 51 dargestellt, die eine mechanische Verbindung zwischen dem Entspannungselement 40 und der Strömungsmaschine 30 herstellt und die über ein Getriebe 52 mit dem Motor 32 in Verbindung steht.

Claims (18)

1. Verfahren zum Klimatisieren von geschlossenen, mit gasförmigen Medien gefüllten Räumen, insbesondere von motorbetriebenen stationären Aggregaten oder von Kraftfahrzeugen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Das gasförmige Medium wird
  • a) aus dem Raum angesaugt und verdichtet,
  • b) anschließend bei konstantem Druck abgekühlt,
  • c) danach über ein Entspannungselement entspannt und
  • d) in den Raum zurückgeführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium Luft ist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium nach der Abkühlung befeuchtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der sich von der Umgebungstemperatur unabhängig in dem Raum in vorgebbarer Zeit eine gewünschte Temperatur einstellt.
5. Einrichtung zur Klimatisierung von geschlossenen Räumen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Kanal für die Zu- und Abfuhr des gasförmigen Mediums, einer Strömungsmaschine und einem Kühler, dadurch gekennzeichnet,
daß als Strömungsmaschine (30) ein Verdichter (31) vorgesehen ist, der am Kanaleingang (21) angeordnet ist und das aus dem geschlossenen Raum (10) entnommene gasförmige Medium auf erhöhten Druck bringt,
daß ein Teil des Kanals (20) als Wärmetauscher (22) ausgebildet ist und
daß an der Mündung (23) des Kanals (20) ein steuerbares Entspannungselement (40) vorgesehen ist, welches das gasförmige Medium in den geschlossenen Raum (10) zurückführt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Entspannungselelement (40) eine als Turbine (41) ausgestaltete Arbeitsmaschine ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (41) einen Generator (42) antreibt.
8. Einrichtung nach Anspuch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Entspannungselement (40) eine als Flügelzellenmotor (44) ausgestaltete Arbeitsmaschine ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (31) ein mit einer Steuerung (33) versehener Rotationsverdichter ist, z. B. eine Lamellenpumpe.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (33) Elemente (34) zur Änderung der Drehzahl und/oder des Arbeitsvolumens aufweist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügelzellenmotor (44) und der Verdichter (31) über eine Welle (51) verbunden sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (51) von einem Motor (32) über ein Getriebe (52) antreibbar ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Kanal (20) vor dem Austritt (23) und nach dem Entspannungselement (40) Elemente zur Luftbefeuchtung (24) vorgesehen sind.
14. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Wärmetauscher (22) ein Kühlmittelkreislauf (25) vorgesehen ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Kanal (20) in Strömungsrichtung vor der Strömungsmaschine (30) ein Zuluftventil (26) angeordnet ist.
16. Einrichtung nach einem der o. g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente (50) vorgesehen sind, die den Motor (32) und den Generator (42) energiemäßig in Verbindung bringen.
17. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Elemente (50) mit einem Energiespeicher, beispielsweise einem Akkumulator verbundene Stromkabel vorgesehen sind.
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