DD296545A5 - KALTLUFTKAELTEMASCHINE - Google Patents

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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}The invention relates to a cold air chill machine, in particular for cooling or air conditioning a thermally highly stressed room, which is driven by exhaust gas energy from an internal combustion engine via an exhaust gas turbocharger. Essential to the invention is that the entire exhaust gas mass flow of the internal combustion engine (1) via an exhaust pipe (2) a sufficiently large exhaust gas turbocharger turbine (3) is fed, which drives an air compressor (4) of the exhaust gas turbocharger, which in turn sucks Auszenluft (6) and this conditioned, that a part of the compressed and in a downstream charge air cooler (5) cooled total air mass flow (7) through a connected charge air line (8) the internal combustion engine (1) sufficiently supplied with charge air and the remaining diverted partial air mass flow (9) by an air turbine (10 ) relaxed and thus further cooled to the room (11) flows. Fig. 1 {cold air chill machine; Raumkuehlung; air conditioning; Exhaust gas energy; Internal combustion engine; Turbocharger; Exhaust turbine; Air compressor; intercooler; Air turbine; Total air mass flow; Compressed air; Partial air mass flow}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention relates to a driven by exhaust gas energy from an internal combustion engine cold air cooling machine. It is used in particular for cooling or conditioning a thermally highly stressed room, for example, for cabs of internal combustion engines.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

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.For cooling rooms it is possible, among other things, to adiabatically relax compressed air in expansion machines. According to US-PS 4,745,768 is known to remove compressed air from an existing compressed air network. A compressed air network is a stationary system with high energy costs.

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.Furthermore, it is known to provide the compressed air specifically for a Luftentspannungssturbine by a compressor with mechanical drive and downstream air cooler (Jungnickel-Agsten-Kraus: Basics of refrigeration, VEB Verlag Technik Berlin, 1980, p 232). Disadvantages of this solution are the need for large amounts of utility or primary energy and the considerable investment outlay.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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.The aim of the invention is to use with the least amount of additional technical means for generating the energy form "cold" known exhaust gas turbochargers with to cool thermally highly polluted rooms sufficiently to reduce energy consumption or air conditioning.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kaltluftkältemaschine zu entwickeln, die zur Erzeugung insbesondere gekühlter Luft mit Abgasenergie von Verbrennungsmotoren antreibbar ist.The invention has for its object to develop a cold air chiller, which is driven to produce in particular cooled air with exhaust gas energy from internal combustion engines.

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.According to the invention the object is achieved in that the entire exhaust gas mass flow is supplied via an exhaust pipe of a sufficiently large exhaust gas turbocharger turbine, which drives an air compressor. The latter sucks outdoor air and prepares it to a total air mass flow such that a part of it is compressed and cooled in a downstream intercooler and supplied by a connected charge air line the engine sufficiently with charge air. The remaining diverted partial air mass flow flows through an air turbine relaxed to be cooled or air-conditioned room and brings it to the desired low temperature.

In Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Variante vor, daß die Luftturbine zusätzlich einen Ventilator vorzugsweise zur Kühlung des Ladeluftkühlers antreibt.In an embodiment of the invention, a variant provides that the air turbine additionally drives a fan preferably for cooling the charge air cooler.

Bei einer weiteren Variante ist vorgesehen, daß die Luftturbine direkt mit dem Luftverdichter des Abgasturboladers mechanisch gekoppelt ist, wodurch der Luftverdichter zusätzlich angetrieben wird.In a further variant it is provided that the air turbine is mechanically coupled directly to the air compressor of the exhaust gas turbocharger, whereby the air compressor is additionally driven.

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.The distribution of the total air mass flow is carried out according to the invention with the aid of a blow-in valve inserted into the charge air line, which responds when the optimum charge air pressure is reached, thereby avoiding run-out of the exhaust-gas turbocharger characteristic from the engine characteristic field optimum.

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.The blow-off valve is not required if a naturally aspirated engine is used as combustion engine, i. h., That the total air mass flow for generating cold air using the air turbine is available.

Erfindungsgemäß ist des weiteren vorgesehen, daß vom Gesamtluftmassestrom ein Teilluftmassestrom vor und/oder nach dem Ladeluftkühler zu Heizzwecken entnehmbar ist.According to the invention it is further provided that a partial air mass flow before and / or after the intercooler for heating purposes can be removed from the total air mass flow.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show

Fig. 1: die mit Abgasenergie von einem Verbrennungsmotor angetriebene erfindungsgemäße Kaltluftkältemaschine inFIG. 1: the cold air cooling machine according to the invention, driven by exhaust gas energy from an internal combustion engine, in FIG

schematischer Darstellung und Fig.2: eine gegenüber Fig.1 abweichende Variante der Kopplung der Luftturbine.schematic representation and Figure 2: a variant of Fig.1 variant of the coupling of the air turbine.

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:According to FIG. 1, an internal combustion engine 1, which conducts the entire exhaust gas mass flow through an exhaust gas line 2 to an exhaust gas turbocharger, which consists of a sufficiently large exhaust gas turbocharger turbine 3, an air compressor 4 and a charge air cooler 5, and external air 6, belong to the cold air cooling machine according to the invention Total air mass flow 7 processed, of which a part passes via a charge air line 8 to the engine 1 as a charge air and the other partial air mass flow 9 via an air turbine 10 is relaxing the downstream room 11 cooled or air-conditioned. The operation of the cold air chiller is the following:

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.From the internal combustion engine 1, the exhaust gas mass flow is passed through the exhaust pipe 2 with the most effective use of energy to the turbocharger turbine 3, which is mechanically coupled to the air compressor 4 and drives it. The air compressor 4 sucks outdoor air 6 and compresses it to the required charge air pressure of the internal combustion engine 1. The compressed and cooled in the charge air cooler 5 total mass air flow 7 here is so great that a part of the engine 1 sufficiently with charge air 8 and the other with the help of a Abblasventiles 12 diverted partial air mass flow 9, the air turbine 10 is supplied. According to FIG. 1, the air mass flow 9 brought into the air turbine 10 for relaxation and thus for further cooling is used for cooling or air conditioning the room 11, the power of the air turbine 10 serving to drive a fan 13, which additionally cools the charge air cooler 5.

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.According to the embodiment of FIG. 2, the air turbine 10 is mechanically coupled directly to the air compressor 4 of the exhaust gas turbocharger, so that the output of the air turbine 10 power is available in addition to its drive.

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.1. cold air cooling machine, in particular for cooling or air conditioning a thermally highly loaded room, which is driven by exhaust gas from an internal combustion engine via an exhaust gas turbocharger, characterized in that the entire exhaust gas mass flow of the internal combustion engine (1) via an exhaust pipe (2) of a sufficiently large turbocharger turbine (3), which in turn drives an air compressor (4) of the exhaust gas turbocharger, which in turn sucks outside air (6) and processes it in such a way that a part of the compressed and in a downstream charge air cooler (5) cooled total air mass flow (7) by a connected thereto Charge air line (8) the internal combustion engine (1) sufficiently supplied with charge air and the remaining diverted partial air mass flow (9) by an air turbine (10) relaxed and thus further cooled to the space (11) flows. 2. Kaltluftkältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftturbine (10) mit einem den Ladeluftkühler (5) kühlenden Ventilator (13) mechanisch gekoppelt ist.2. cold air cooling machine according to claim 1, characterized in that the air turbine (10) with a charge air cooler (5) cooling fan (13) is mechanically coupled. 3. Kaltluftkältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftturbine (10) direkt mit dem Luftverdichter (4) des Abgasturboladers mechanisch gekoppelt ist.3. cold air cooling machine according to claim 1, characterized in that the air turbine (10) is mechanically coupled directly to the air compressor (4) of the exhaust gas turbocharger. 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.4. cold air cooling machine according to claim 1, characterized in that the division of the total air mass flow (7) by means of a in the air line (9) inserted Abblasventiles (12), which responds upon reaching the optimum charge air pressure. 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.5. cold air cooling machine according to claim 1, characterized in that before and / or after the intercooler (5), a further partial air mass flow from the total air mass flow (7) for heating purposes can be removed. 6. Kaltluftkältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (1) ein Saugmotor ist, wobei die Ladeluftleitung (8) und das Abblasventil (12) entfallen.6. cold air cooling machine according to claim 1, characterized in that the internal combustion engine (1) is a naturally aspirated engine, wherein the charge air line (8) and the blow-off valve (12) omitted.
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