DD296545A5 - Kaltluftkaeltemaschine - Google Patents

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Endre Pasztor
Peter Zeller
Ingwer Ebinger
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Hochschule Fuer Verkehrswesen "Friedrich List" Dresden Buero Fuer Schutzrechte,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kaltluftkaeltemaschine, insbesondere zum Kuehlen oder Klimatisieren eines thermisch hochbelasteten Raumes, die mit Abgasenergie von einem Verbrennungsmotor ueber einen Abgasturbolader antreibbar ist. Erfindungswesentlich ist, dasz der gesamte Abgasmassestrom des Verbrennungsmotors (1) ueber eine Abgasleitung (2) einer hinreichend groszen Abgasturbolader-Turbine (3) zugefuehrt ist, welche einen Luftverdichter (4) des Abgasturboladers antreibt, der wiederum Auszenluft (6) ansaugt und diese derart aufbereitet, dasz ein Teil des verdichteten und in einem nachgeordneten Ladeluftkuehler (5) gekuehlten Gesamtluftmassestroms (7) durch eine daran angeschlossene Ladeluftleitung (8) den Verbrennungsmotor (1) ausreichend mit Ladeluft versorgt und der restliche abgezweigte Teilluftmassestrom (9) durch eine Luftturbine (10) entspannt und damit weiter abgekuehlt zum Raum (11) stroemt. Fig. 1{Kaltluftkaeltemaschine; Raumkuehlung; Klimatisierung; Abgasenergie; Verbrennungsmotor; Abgasturbolader; Abgasturbine; Luftverdichter; Ladeluftkuehler; Luftturbine; Gesamtluftmassestrom; Ladeluft; Teilluftmassestrom}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine mit Abgasenergie von einem Verbrennungsmotor angetriebene Kaltluftkältemaschine. Sie wird insbesondere zum Kühlen oder Klimatisieren eines thermisch hochbelasteten Raumes, beispielsweise für Fahrerkabinen von Brennkraftmaschinen, eingesetzt.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Zum Kühlen von Räumen ist es unter anderem möglich, verdichtete Luft in Expansionsmaschinen adiabat zu entspannen. Gemäß US-PS 4.745.768 ist dazu bekannt, verdichtete Luft aus einem vorhandenen Druckluftnetz zu entnehmen. Ein Druckluftnetz ist ein stationäres System mit hohen energetischen Aufwendungen.
Des weiteren ist bekannt, die Druckluft eigens für eine Luftentspannungsturbine durch einen Verdichter mit mechanischem Antrieb und ihm nachgeschalteten Luftkühler bereitzustellen (Jungnickel-Agsten-Kraus: Grundlagen der Kältetechnik, VEB Verlag Technik Berlin, 1980, S. 232). Nachteile dieser Lösung sind der Bedarf großer Mengen an Gebrauchs- oder Primärenergie und der erhebliche anlagentechnische Aufwand.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, mit geringstem Zusatzaufwand an technischen Mitteln zur Erzeugung der Energieform „Kälte" an sich bekannte Abgasturbolader mit zu nutzen, um thermisch hochbelastete Räume in ausreichendem Maße bei Senkung des Energieverbrauchs zu kühlen oder zu klimatisieren.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kaltluftkältemaschine zu entwickeln, die zur Erzeugung insbesondere gekühlter Luft mit Abgasenergie von Verbrennungsmotoren antreibbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der gesamte Abgasmassestrom über eine Abgasleitung einer hinreichend großen Abgasturbolader-Turbine zugeführt ist, welche einen Luftverdichter antreibt. Letzterer saugt dabei Außenluft an und bereitet sie zu einem Gesamtluftmassestrom derart auf, daß ein Teil davon verdichtet und in einem nachgeordneten Ladeluftkühler gekühlt und durch eine daran angeschlossene Ladeluftleitung den Verbrennungsmotor ausreichend mit Ladeluft versorgt. Der restliche abgezweigte Teilluftmassestrom strömt durch eine Luftturbine entspannt zum zu kühlenden bzw. zu klimatisierenden Raum und bringt diesen auf die gewünschte niedrige Temperatur.
In Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Variante vor, daß die Luftturbine zusätzlich einen Ventilator vorzugsweise zur Kühlung des Ladeluftkühlers antreibt.
Bei einer weiteren Variante ist vorgesehen, daß die Luftturbine direkt mit dem Luftverdichter des Abgasturboladers mechanisch gekoppelt ist, wodurch der Luftverdichter zusätzlich angetrieben wird.
Die Aufteilung des Gesamtluftmassestroms erfolgt erfindungsgemäß mit Hilfe eines in die Ladeluftleitung eingefügten Abblasventiles, das bei Erreichen des optimalen Ladeluftdruckes anspricht und dabei ein Herauslaufen der Abgasturbolader-Kennlinie aus dem Motorkennfeldoptimum vermeidet.
Das Abblasventil wird nicht benötigt, wenn als Verbrennungsmotor ein Saugmotor Anwendung findet, d. h., daß der Gesamtluftmassestrom zum Erzeugen von Kaltluft mit Hilfe der Luftturbine zur Verfügung steht.
Erfindungsgemäß ist des weiteren vorgesehen, daß vom Gesamtluftmassestrom ein Teilluftmassestrom vor und/oder nach dem Ladeluftkühler zu Heizzwecken entnehmbar ist.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
Fig. 1: die mit Abgasenergie von einem Verbrennungsmotor angetriebene erfindungsgemäße Kaltluftkältemaschine in
schematischer Darstellung und Fig.2: eine gegenüber Fig.1 abweichende Variante der Kopplung der Luftturbine.
Zur erfindungsgemäßen Kaltluftkältemaschine gehören gemäß Fig. 1 im wesentlichen ein Verbrennungsmotor 1, der den gesamten Abgasmassestrom durch eine Abgasleitung 2 zu einem Abgasturbolader leitet, welcher aus einer hinreichend großen Abgasturbolader-Turbine 3, einem Luftverdichter 4 und einem Ladeluftkühler 5 besteht und aus Außenluft 6 einen Gesamtluftmassestrom 7 aufbereitet, wovon ein Teil über eine Ladeluftleitung 8 zum Verbrennungsmotor 1 als Ladeluft gelangt und der andere Teilluftmassestrom 9 über eine Luftturbine 10 entspa nnt den nachgeordneten Raum 11 kühlt bzw. klimatisiert. Die Funktionsweise der Kaltluftkältemaschine ist folgende:
Vom Verbrennungsmotor 1 wird über die Abgasleitung 2 der Abgasmassestrom bei effektivster Nutzung der Energie zur Abgasturbolader-Turbine 3 geleitet, welche mit dem Luftverdichter 4 mechanisch gekoppelt ist und diesen antreibt. Der Luftverdichter 4 saugt dabei Außenluft 6 an und verdichtet sie auf den geforderten Ladeluftdruck des Verbrennungsmotors 1. Der verdichtete und im angeschlossenen Ladeluftkühler 5 gekühlte Gesamtluftmassestrom 7 ist hierbei sogroß, daß ein Teil davon den Verbrennungsmotor 1 ausreichend mit Ladeluft 8 und der anderen mit Hilfe eines Abblasventiles 12 abgezweigte Teilluftmassestrom 9 die Luftturbine 10 versorgt. Gemäß Fig. 1 wird der in der Luftturbine 10 zur Entspannung und damit zur weiteren Abkühlung gebrachte Luftmassestrom 9 zum Kühlen bzw. Klimatisieren des Raumes 11 genutzt, wobei die Leistung der Luftturbine 10 zum Antriebeines Ventilators 13, der den Ladeluftkühler 5 zusätzlich kühlt, dient.
Entsprechend der Ausführungsvariante nach Fig. 2 ist die Luftturbine 10 direkt mit dem Luftverdichter 4 des Abgasturboladers mechanisch gekoppelt, so daß die von der Luftturbine 10 abgegebene Leistung zusätzlich zu dessen Antrieb nutzbar ist.

Claims (6)

1. Kaltluftkältemaschine, insbesondere zum Kühlen oder Klimatisieren eines thermisch hochbelasteten Raumes, die mit Abgasenergie von einem Verbrennungsmotor über einen Abgasturbolader antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Abgasmassestrom des Verbrennungsmotors (1) über eine Abgasleitung (2) einer hinreichend großen Abgasturbolader-Turbine (3) zugeführt ist, welche einen Luftverdichter (4) des Abgasturboladers antreibt, der wiederum Außenluft (6) ansaugt und diese derart aufbereitet, daß ein Teil des verdichteten und in einem nachgeordneten Ladeluftkühler (5) gekühlten Gesamtluftmassestroms (7) durch eine daran angeschlossene Ladeluftleitung (8) den Verbrennungsmotor (1) ausreichend mit Ladeluft versorgt und der restliche abgezweigte Teilluftmassestrom (9) durch eine Luftturbine (10) entspannt und damit weiter abgekühlt zum Raum (11) strömt.
2. Kaltluftkältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftturbine (10) mit einem den Ladeluftkühler (5) kühlenden Ventilator (13) mechanisch gekoppelt ist.
3. Kaltluftkältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftturbine (10) direkt mit dem Luftverdichter (4) des Abgasturboladers mechanisch gekoppelt ist.
4. Kaltluftkältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung des Gesamtluftmassestroms (7) mit Hilfe eines in die Luftleitung (9) eingefügten Abblasventiles (12) erfolgt, das bei Erreichen des optimalen Ladeluftdruckes anspricht.
5. Kaltluftkältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder nach dem Ladeluftkühler (5) ein weiterer Teilluftmassestrom vom Gesamtluftmassestrom (7) zu Heizzwecken entnehmbar ist.
6. Kaltluftkältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (1) ein Saugmotor ist, wobei die Ladeluftleitung (8) und das Abblasventil (12) entfallen.
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