Kühlvorrichtung, insbesondere zur Klimatisierung von Räumen

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, insbesondere zur Klimatisierung von Räumen (1). Die Vorrichtung ist als Kaltdampf-Kältemaschine mit geschlossenem Kreislauf ausgebildet. Als Kältemittel dient ein Gemisch aus einer hochsiedenden ersten Komponente (z.B. Wasser) und einem tiefsiedenden Gas (z.B. Luft) als zweite Komponente. Der Arbeitsdruck ist als Unterdruck im geschlossenen Kreislauf so eingestellt, daß die Siedetemperatur der ersten Komponente unterhalb der Temperatur der zu klimatisierenden Räume (1) liegt. Als Expansionsvorrichtung ist eine Expansionsmaschine (5) vorgesehen, die vorzugsweise als Verdrängermaschine ausgebildet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, insbesondere zur Klimatisierung von Räumen, mit einer Kaltdampf-Kältemaschine, die einen Kompressor, einen Kühler, eine Expansionsvorrichtung und einen Verdampfer in einem geschlossenen Kreislauf aufweist.

[0002] Wie bereits aus dem Aufsatz "Kaltluftkältemaschinen nach dem Joule-Prozeß'' in der Zeitschrift Klima-Kälte-Heizung 5/1990, Seiten 206 bis 211, hervorgeht, nimmt im Rahmen der Suche nach alternativen Kältetechnologien zur Substitution von Kaltdampfprozessen mit vollhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) das Interesse am Kaltluftprozeß wegen der Unschädlichkeit des Kältemittels Luft erneut zu. Solche Anlagen sind bisher insbesondere im Bereich der Flugzeugklimatisierung bekannt geworden, wo es vor allem auf geringes Gewicht der Anlage ankommt und Turboverdichter im Strahltriebwerk bereits vorhanden sind.

[0003] Außerdem sind bereits Untersuchungen von Kaltluft-Kälteprozessen für den Einsatz in zu klimatisierenden Schienenfahrzeugen, insbesondere Güterwagen bekannt geworden (Wissenschaftliche Zeitschrift der Hochschule für Verkehrswesen "Friedrich List" in Dresden, 27 (1980) Heft 1, Seiten 35 bis 41). Die dort beschriebenen Kaltluftanlagen arbeiten nach einem offenen Prozeß unter Verwendung eines Verdichters, eines Wärmeübertragers, einer Expansionsturbine und einer Mischkammer. Die Gütegrade solcher Anlagen liegen jedoch deutlich niedriger als bei den bisher mit FCKW arbeitenden Verdampferanlagen, so daß Anlagen nach dem Kaltluftprozeß sich bisher wegen des hohen Energiebedarfs nicht durchsetzen konnten.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung, insbesondere zur Klimatisierung von Räumen, vorzuschlagen, bei der der Gütegrad bzw. Wirkungsgrad gegenüber dem klassischen Kaltluftprozeß deutlich erhöht wird, ohne daß schädliche Kältemittel wie FCKW verwendet werden müssen.

[0005] Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Kältemittel ein Gemisch aus einer hochsiedenden ersten Komponente (z.B. Wasser) mit hoher Verdampfungswärme pro Volumen und einem tiefsiedenden Gas (z.B. Luft) als zweite Komponente mit hohem Aufnahmevermögen für die erste Komponente verwendet wird, daß der Arbeitsdruck als Unterdruck im geschlossenen Kreislauf so eingestellt ist, daß die Siedetemperatur der ersten Komponente unterhalb der Temperatur der zu klimatisierenden Räume liegt, daß das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten derart ist, daß die zweite Komponente am Eingang des Kompressors gerade mit der ersten Komponente als Dampf gesättigt ist, und daß als Expansionsvorrichtung eine Expansionsmaschine vorgesehen ist, deren mechanische Ausgangsleistung zum Antrieb des Kompressors oder einer Kompressorstufe mit herangezogen wird.

[0006] Durch die Wahl eines solchen Kältemittelgemisches und bei Anwendung eines Unterdrucks im geschlossenen Kreislauf werden die Vorteile des günstigen Gütegrades bzw. Wirkungsgrades von Kaltdampf-Kältemaschinen mit dem Vorteil der Ungefährlichkeit der beiden Komponenten als Kältemittel kombiniert, wenn z.B. als erste Komponente Wasser und als zweite Komponente Luft verwendet werden. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, andere ungefährliche Komponenten statt Wasser zu verwenden wie z.B. Alkohol, weil der hohe Siedepunkt der ersten Komponente durch den Unterdruck in einen Bereich unterhalb der Temperatur der zu klimatisierenden Räume gebracht wird. Anstelle von Luft kann selbstverständlich jedes beliebige ungefährliche Gas verwendet werden, wichtig ist nur, daß es bei allen Betriebsbereichen gasförmig bleibt und möglichst viel von der ersten Komponente aufnehmen kann, bis eine Sättigung eintritt.

[0007] Normalerweise arbeiten Kaltdampf-Kältemaschinen mit einer Drossel als Expansionsvorrichtung, was einen geringeren Aufwand bedeutet. Durch Verwendung einer Expansionsmaschine als Expansionsvorrichtung wird der Gütegrad der Vorrichtung weiter erhöht. Solche Expansionsmaschinen sind bereits bei Kaltluft-Kältemaschinen gebräuchlich und sogar notwendig, weil eine Drossel nicht zu einem notwendigen Temperaturabfall führt.

[0008] Es liegt zunächst nahe, bei einer Kühlvorrichtung, insbesondere zur Klimatisierung von Räumen, den Kompressor und die Expansionsmaschine als Strömungsmaschinen (Turbomaschinen) auszubilden, wie es insbesondere im Bereich der Flugzeugklimatisierung von Vorteil ist. Eine solche Ausbildung erfordert jedoch, daß bei der Verwendung einer Expansionsturbine als Expansionsmaschine sichergestellt wird, daß vor der Turbine noch keine Kondensation auftritt, weil sonst Tröpfchen, z.B. Wassertröpfchen, der hochsiedenden ersten Komponente entstehen, die zu einer Erosion der Turbinenschaufeln führen können. Die Parameter des geschlossenen Kreislaufes und das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten müssen also innerhalb enger Grenzen konstant gehalten werden. Ein zu geringer Anteil der hochsiedenden ersten Komponente vermeidet zwar eine Kondensation am Eingang der Expansionsmaschine, jedoch wird dann der mögliche Gütegrad der Kühlvorrichtung nicht ausgenutzt.

[0009] Darüber hinaus bereitet der Antrieb von Turbomaschinen, d.h., des Kompressors, wegen der notwendigen hohen Drehzahlen erhebliche Probleme, wenn z.B. Elektromotoren oder Verbrennungsmotoren verwendet werden sollen.

[0010] Ein weiterer, wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, sowohl den Kompressor als auch die Expansionsmaschine als Verdrängungsmaschinen auszubilden. Davon ist vorteilhafterweise insbesondere der Kompressor als Schraubenverdichter ausgebildet, oder beide Maschinen sind Rotationskolbenmaschinen. Dies hat nicht nur den Vorteil, daß die zum Antrieb notwendige Drehzahl eines Antriebsmotors im üblichen Bereich von Elektromotoren oder Verbrennungsmotoren liegt, sondern daß darüber hinaus solche Verdrängungsmaschinen weitgehend unempfindlich gegen in der Expansionsmaschine ausfallendes Kondensat, z.B. Kondenswasser, sind. Das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten ist also weniger kritisch. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß Verdrängungsmaschinen auch bei Teillast mit gutem Wirkungsgrad arbeiten, was bei Turbomaschinen ohne erheblichen mechanischen Zusatzaufwand nicht der Fall ist.

[0011] Zur Aufrechterhaltung optimaler Betriebsparameter sind vorzugsweise ein Drucksensor und ein Feuchtesensor zum Messen der entsprechenden Werte im geschlossenen Kreislauf vorgesehen, um bei Abweichungen von den Sollwerten die erste und/oder zweite Komponente nachfüllen oder ablassen zu können. Bei zu hohem Druck bzw. zu niedrigem Unterdruck kann das Gemisch auf der Hochdruckseite auf einfache Weise abgelassen werden, wenn der Betriebsdruck an dieser Stelle über dem Umgebungsdruck liegt. Liegt er jedoch, z.B. geringfügig, darunter, so kann das Gemisch durch eine entsprechende Vorrichtung abgepumpt werden. Bei Verwendung von ungefährlichen Komponenten im Kältemittel kann das Ablassen bzw. Abpumpen ins Freie ohne Probleme erfolgen, insbesondere wenn Wasser bzw. Luft verwendet werden. Bei zu niedrigem Druck kann am Ausgang der Expansionsmaschine das Gemisch oder die zweite Komponente durch den Unterdruck auf der Niederdruckseite in den Kreislauf eingesaugt werden, ohne daß entsprechende Pumpvorrichtungen erforderlich sind. Im Falle von Luft als zweiter Komponente kann das Einsaugen aus der Umgebungsluft erfolgen. Sollte die Konzentration der ersten Komponente im Verhältnis zur zweiten Komponente zu niedrig sein, z.B. durch vorheriges Ablassen aufgrund zu hohen Druckes, so kann die erste Komponente aus einem Vorratsbehälter oder dergleichen über ein Dosierventil nachgefüllt werden, vorzugsweise am Eingang des Kompressors.

[0012] Im Fall der Benutzung der Kühlvorrichtung zur Klimatisierung von Räumen ist der Verdampfer zweckmäßigerweise als ein erster Wärmetauscher ausgebildet, über den im Querstrom Außenluft und/oder Rezirkulationsluft bzw. ein anderes Kühlmedium geleitet und den zu klimatisierenden Räumen, insbesondere Aufenthaltsräumen, zugeführt wird. Darüber hinaus ist der Kühler zweckmäßigerweise als ein zweiter Wärmetauscher ausgebildet, und Abluft aus den zu klimatisierenden Räumen wird im Querstrom über den zweiten Wärmetauscher geführt, um die in der Abluft vorhandene Energie zur Kühlung auszunutzen. Eine besonders gute Energieausnutzung kann dann erfolgen, wenn der zweite Wärmetauscher in zwei Abschnitte unterteilt ist, die im Arbeitskreislauf in Serie liegen, und wenn die Abluft aus den zu klimatisierenden Räumen über den kälteren Abschnitt des zweiten Wärmetauschers geführt ist. Eine weitere Verbesserung des Energiehaushaltes kann dann erreicht werden, wenn der erste Wärmetauscher bezüglich des Querstroms als Kondensations-Wärmetauscher ausgebildet ist und wenn das dabei im Kondensationsabschnitt anfallende Kondenswasser, oder auch Frischwasser, in den Querstrom des zweiten Wärmetauschers zur Verdunstung eingespritzt wird. Die hierbei entstehende Verdunstungskälte verbessert den Gütegrad erheblich, ist jedoch nur bis zur Sättigung der im Querstrom durchfließenden Luft möglich.

[0013] Um die Expansionsmaschine weniger mit Kondensat zu belasten, ist in den zweiten Wärmetauscher vorzugsweise ein Kondensationsabschnitt integriert, oder diesem nachgeschaltet. Das in diesem Kondensationsabschnitt abgeschiedene Kondensat wird zweckmäßigerweise in einem Sammelbehälter aufgefangen und über eine Dosiereinrichtung am Eingang des ersten Wärmetauschers eingespritzt. Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der Vorrichtung kann dadurch erreicht werden, daß in den Kompressor, nämlich zwischen Eingang und Ausgang, Kondensat der ersten Komponente eingespritzt wird und die Kondensatmenge so bemessen ist, daß am Ausgang des Kompressors noch keine Sättigung der zweiten Komponente mit der ersten Komponente erreicht wird. Als Kondensat kann hierbei entweder das im Sammelbehälter aufgefangene Kondensat verwendet werden. Dieses Einspritzen ist besonders bei Verwendung eines Schraubverdichters als Kompressor von Vorteil, da dieser verhältnismäßig unempfindlich für eine zusätzliche Einspritzung von Kondensat ist.

[0014] Um die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Klimatisieren von Räumen auch bei anderen Witterungsbedingungen zum Heizen ausnutzen zu können, ist im Querstrom dem ersten Wärmetauscher ein weiterer, dritter Wärmetauscher nachgeschaltet, über den bei Heizbetrieb im zweiten Wärmetauscher vorgewärmte Außenluft zugeführt wird. Hierdurch ist es möglich, die zugeführte Außenluft und/oder Rezirkulationsluft zunächst über den ersten Wärmetauscher zu kühlen und durch Kondensation zu trocknen, während die Luft dann anschließend auf die gewünschte Raumtemperatur im dritten Wärmetauscher erwärmt wird.

[0015] Anstelle von Luft für die zu klimatisierenden Räume ist es auch möglich, einen anderen Wärmeträger (z.B. Wasser) über den ersten Wärmetauscher im Querstrom zu leiten, der dann über einen entsprechenden Wärmetauscher in den zu klimatisierenden Räumen die Kälte an die Raumluft abgibt. Eine solche Betriebsweise ist z.B. bei Schiffen von Vorteil, um über verhältnismäßig große Entfernungen den Wärmeträger an die zu klimatisierenden Räume heranzuführen.

[0016] Um bei bestimmten Arbeitsbereichen Probleme durch Kondensation im ersten Wärmetauscher zu vermeiden, kann dieser durch einen Bypass überbrückt sein, der vom Ausgang des Wärmetauschers zum Eingang fördert.

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Diese Zeichnung zeigt schematisch das Beispiel einer zur Klimatisierung von Räumen benutzten Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

[0018] In der Vorrichtung treibt ein Antriebsmotor 2, insbesondere ein Elektromotor, über eine Welle 6 einen Kompressor 3 an, der im vorliegenden Beispiel als Rotationskolbenverdichter ausgebildet ist. Es können auch andere Verdrängermaschinen wie z.B. Hubkolbenmaschinen, Flügelzellenverdichter, Rootsgebläse, Schraubenverdichter und Membranverdichter verwendet werden.

[0019] Das am Ausgang des Kompressors 3 verdichtete Kältemittel gelangt über eine Leitung 14 an einen Wärmetauscher 4, der aus zwei hintereinandergeschalteten Abschnitten 4a und 4b besteht. In diesem Wärmetauscher 4 bzw. 4a, 4b wird das verdichtete Kältemittel durch Außenluft 9 bzw. Abluft 12a, die durch einen Lüfter 21 abgesaugt wird, zwischengekühlt. Das Kältemittel gelangt dann über eine Leitung 15 zu einer Expansionsmaschine 5, die ebenfalls (wie der Kompressor 3) als Verdrängermaschine ausgebildet ist, im vorliegenden Beispiel als Rotationskolbenmaschine. Diese Expansionsmaschine 5 dient sowohl zur Entspannung des über die Leitung 15 herangeführten Kältemittels als auch zur Rückführung mechanischer Energie über die Welle 6 zum Kompressor 3.

[0020] Das in der Expansionsmaschine 5 entspannte Kältemittel gelangt über eine Leitung 13 über einen als Wärmetauscher 7 ausgebildeten Verdampfer über eine Leitung 23 zurück zum Kompressor 3. Im Querstrom gelangt, durch einen Lüfter 22 gefördert, Außenluft 9 und/oder Abluft 12 aus den zu klimatisierenden Räumen 1 durch den Wärmetauscher 7, wird dort gekühlt und gelangt über Leitungen 18 und 11 zum klimatisierenden Raum 1.

[0021] Als Kältemittel dient ein Gemisch aus einer hochsiedenden ersten Komponente, im vorliegenden Fall Wasser, mit hoher Verdampfungswärme pro Volumen, sowie einem tiefsiedenden Gas, im vorliegenden Fall Luft, als zweite Komponente mit hohem Aufnahmevermögen für die erste Komponente. Da Wasser bei atmosphärischem Druck einen Siedepunkt von 100 °C hat, ist es selbstverständlich nicht geeignet, unter diesen Bedingungen die zu klimatisierenden Räume 1 zu kühlen. Aus diesem Grunde wird der geschlossene Kältemittel-Kreislauf unter Unterdruck betrieben, um die Siedetemperatur der ersten Komponente, im vorliegenden Fall Wasser, auf einen Wert abzusenken, der unterhalb der Temperatur der zu klimatisierenden Räume 1 liegt. Der Unterdruck bei Verwendung von Wasser liegt hierbei im Bereich von 0,2 bar.

[0022] Die als Trägermittel dienende zweite Komponente, im vorliegenden Fall Luft, hat ein verhältnismäßig hohes Aufnahmevermögen für die erste Komponente (Wasser), bevor eine Kondensation unter den Betriebsbedingungen stattfindet. Das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten ist derart ausgebildet, daß die zweite Komponente (Luft) am Eingang (Leitung 23) des Kompressors 5 gerade mit der ersten Komponente (Wasser) als Dampf gesättigt ist.

[0023] Es ist selbstverständlich auch möglich, statt Wasser und Luft als erste und zweite Komponenten des Kältemittels andere Stoffe zu verwenden, die jedoch ebenfalls ungefährlich sein sollten. Für die erste Komponente kämen z.B. auch Alkohol oder ein Alkohol -Wasser-Gemisch in Frage, während als zweite Komponente jedes beliebige Gas verwendet werden könnte, das ein gutes Aufnahmevermögen für die erste Komponente aufweist.

[0024] Um in dem Kältemittel-Kreislauf am Ausgang der Expansionsmaschine den notwendigen Unterdruck von z.B. 0,2 bar einzustellen, ist normalerweise keine Vakuumpumpe erforderlich. Auf der Hochdruckseite am Ausgang des Kompressors 3 stellt sich ein höherer Druck ein, der meist oberhalb des atmosphärischen Druckes liegt. Es ist also nur erforderlich, auf der Hochdruckseite, z.B. in der Leitung 14 zwischen dem Kompressor 3 und dem Wärmetauscher 4 ein Überdruckventil 14a zu öffnen, um den Druck in der Leitung 14 entsprechend zu reduzieren. Dies führt dann auch zu einer Druckabsenkung im Niederdruckkreis (Leitungen 13, 23). Liegt der Kompressorenddruck jedoch aus Systemoptimierungsgründen unter dem Umgebungsdruck, dann ist eine Vakuumpumpe erforderlich.

[0025] Ist der Druck im Kältemittel-Kreislauf zu hoch, so kann über ein Ventil 13a Luft aus der Atmosphäre (oder der Umgebungsluft) angesaugt werden, um den gewünschten Druck auf der Niederdruckseite einzustellen. Das Mischungsverhältnis zwischen der ersten Komponente (Wasser) und der zweiten Komponente (Luft) kann, z.B. bei Wassermangel, durch einen über ein Dosierventil 23b an die Leitung 23 angeschlossenen Vorratsbehälter 23a ergänzt werden, wobei der Vorratsbehälter 23a gegebenenfalls durch geeignete Maßnahmen unter Überdruck stehen muß. Dieses Füllen und Ablassen im Kältemittel-Kreislauf kann durch entsprechende Druck- und/oder Feuchtesensoren (nicht gezeigt) derart gesteuert werden, daß die optimale Einstellung gewährleistet ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß Verdrängermaschinen wie hier die Expansionsmaschine 5, wesentlich unempfindlicher als Strömungsmaschinen gegen Kondenswasser sind, so daß ein geringfügiger Anteil von Kondensat hier nicht stört. Es ist sogar von Vorteil, in den Kompressor 3 Wasser (Kondensat) einzuspritzen, um die Verdichtungstemperatur zu reduzieren und den Polytropenexponenten zu verbessern, was den Wirkungsgrad der Anlage erhöht. Dies wird später noch im einzelnen erläutert. Im Gegensatz dazu würde eine Expansionsturbine wesentlich empfindlicher gegen Kondensationswasser sein, weil durch Wassertröpfchen eine ständige Erosion der Turbinenschaufeln stattfinden würde.

[0026] Der im Niederdruckbereich angeordnete Wärmetauscher 7 ist im vorliegenden Fall als Kondensations-Wärmetauscher ausgebildet und liefert in einem Kondensationsabschnitt 7a im Querstromkreis Wasser als Kondensat, das aus der zugeführten Außenluft bzw. rezirkulierten Abluft 12 im Wärmetauscher 7 abgeschieden wird. Dieses Kondensationswasser gelangt über eine Leitung 17 zum Wärmetauscher 4, wo es im Querstromkreis (rezirkulierte Abluft 12a) zur zusätzlichen Kühlung eingespritzt wird. Der Querstromkreis des Wärmetauschers 4 gelangt über einen Lüfter 21 ins Freie 10. Ebenso wird der Wärmetauscher 4 mit Außenluft 9 beschickt, die über eine Leitung 19 und ein Ventil 19a normalerweise ins Freie 10 gelangt. Der Wärmetauscher 4 ist in zwei Abschnitte 4a und 4b unterteilt, um eine wirksamere Kühlung im kälteren Abschnitt 4b durch die rezirkulierte Abluft 12a und das an der Stelle 16 eingespritzte Kondenswasser 17 zu erzielen.

[0027] Um nun die zur Klimatisierung vorgesehene Kühlvorrichtung auch zum Heizen der zu klimatisierenden Räume 1 auszunutzen (bei entsprechenden Witterungsbedingungen), ist dem Wärmetauscher 7 ein weiterer Wärmetauscher 8 nachgeschaltet. Diesem Wärmetauscher 8 wird im Querstrom im Wärmetauscher 4 bzw. im Abschnitt 4a vorgewärmte Außenluft 9 über die Leitung 19 und das Ventil 19a zugeführt und ins Freie 10 geleitet, wobei das Ventil 19a entsprechend umgeschaltet wird. Bei einem solchen Heizbetrieb wird die Außenluft 9 bzw. rezirkulierte Luft 12 aus dem zu klimatisierenden Raum 1 zunächst im Wärmetauscher 7 gekühlt und durch Kondensation getrocknet und gelangt dann anschließend über die Leitung 18 sowie über den weiteren Wärmetauscher 8 und die Leitung 11 zum zu klimatisierenden Raum 1.

[0028] Um die Expansionsmaschine 5 von Kondensat (im vorliegenden Fall Wasser) zu entlasten, ist der zweite Wärmetauscher 4, hier insbesondere der zweite Abschnitt 4b, mit einem Wasserabscheider 25 versehen, dessen abgeschiedenes Kondensat in einem Sammelbehälter 25a gesammelt wird. Dieses Kondensat wird innerhalb des Kältekreislaufs über eine Dosiereinrichtung 25b wieder am Eingang des Wärmetauschers 7 eingeführt. Gleichzeitig kann das im Sammelbehälter 25a befindliche Kondensat über eine Dosiereinrichtung 25c in den Kompressor 3 zwischen dem Eingang und dem Ausgang eingespritzt werden, wodurch die Verdichtungsendtemperatur reduziert und der Polytropenexponent verbessert und der Wirkungsgrad der Anlage erhöht wird. Diese Einspritzung ist besonders vorteilhaft, wenn als Kompressor ein Schraubenverdichter verwendet wird. Die in den Kompressor eingespritzte Kondensatmenge ist hierbei so bemessen, daß am Ausgang des Kompressors noch keine Sättigung der zweiten Komponente (Luft) mit der ersten Komponente (Wasser) erreicht wird.

[0029] Unter bestimmten Betriebs- und Lastbedingungen kann eine Vereisung im Wärmetauscher 7 auftreten. Um dies zu vermeiden, ist zwischen dem Ausgang (Leitung 23) und dem Eingang (Leitung 13) des Wärmetauschers 7 ein Bypass 27 vorgesehen, der am Ausgang des Wärmetauschers 7 vorhandene, aufgewärmte Luft auf den Eingang bei Bedarf zurückführt.

[0030] Auch wenn die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Kühlvorrichtung zum Klimatisieren von Räumen beschrieben wurde, so ist es selbstverständlich auch möglich, die Kühlvorrichtung für andere Kühlzwecke zu verwenden. Schließlich ist es auch möglich, über den Wärmetauscher 7 nicht von den zu klimatisierenden Räumen 1 zirkulierende Luft oder Außenluft zu führen, sondern den zu klimatisierenden Räumen 1 die benötigte Kältemenge über einen anderen Wärmeträger (z.B. Wasser) zuzuführen, und zwar über zusätzliche Wärmetauscher, die in den zu klimatisierenden Räumen angeordnet sind. In einem solchen Fall können die zu den Räumen 1 verlaufenden Leitungen dünner ausgebildet werden, was insbesondere bei großen Entfernungen zwischen der Kältemaschine und den Räumen 1 von Vorteil ist.

Ansprüche

1. Kühlvorrichtung, insbesondere zur Klimatisierung von Räumen, mit einer Kaltdampf-Kältemaschine, die einen Kompressor, einen Kühler, eine Expansionsvorrichtung und einen Verdampfer in einem geschlossenen Kreislauf aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Kältemittel ein Gemisch aus einer hochsiedenden ersten Komponente (z.B. Wasser) mit hoher Verdampfungswärme pro Volumen und einem tiefsiedenden Gas (z.B. Luft) als zweite Komponente mit hohem Aufnahmevermögen für die erste Komponente verwendet wird,
daß der Arbeitsdruck als Unterdruck im geschlossenen Kreislauf so eingestellt ist, daß die Siedetemperatur der ersten Komponente unterhalb der Temperatur der zu klimatisierenden Räume (1) liegt,
daß das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten derart ist, daß die zweite Komponente am Eingang (Leitung 23) des Kompressors (3) gerade mit der ersten Komponente als Dampf gesättigt ist, und
daß als Expansionsvorrichtung eine Expansionsmaschine (5) vorgesehen ist, deren mechanische Ausgangsleistung zum Antrieb des Kompressors (3) oder einer Kompressorstufe mit herangezogen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Kompressor (3) als auch die Expansionsmaschine (5) als Verdrängungsmaschinen ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Kompressor (3) als Schraubenverdichter ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Kompressor (3) als auch die Expansionsmaschine (5) als Rotationskolbenmaschinen ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch einen Drucksensor und einen Feuchtesensor zum Messen der entsprechenden Werte im geschlossenen Kreislauf, um bei Abweichungen von den Sollwerten die erste und/oder zweite Komponente nachzufüllen oder abzulassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß bei zu hohem Druck bzw. zu niedrigem Unterdruck das Gemisch auf der Hochdruckseite (z.B. Leitung 14 oder 15) abgelassen bzw. abgepumpt wird und bei zu niedrigem Druck auf der Niederdruckseite (z.B. Leitung 13 oder 23) das Gemisch oder die zweite Komponente durch den Unterdruck im Kreislauf eingesaugt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß bei zu geringer erster Komponente die erste Komponente aus einem Vorratsbehälter (23a) über ein Dosierventil (23b) nachgefüllt wird, vorzugsweise am Eingang (Leitung 23) des Kompressors (3).

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer als ein erster Wärmetauscher (7) ausgebildet ist, über den im Querstrom Außenluft (9) und/oder Rezirkulationsluft (Leitung 12) geleitet und den zu klimatisierenden Räumen (1), insbesondere Aufenthaltsräumen, zugeführt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler als ein zweiter Wärmetauscher (4) ausgebildet ist und daß Abluft (12a) aus den zu klimatisierenden Räumen (1) im Querstrom über den zweiten Wärmetauscher (4) geführt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wärmetauscher (4) in zwei Abschnitte (4a, 4b) unterteilt ist, die im Arbeitskreislauf in Serie liegen, und daß die Abluft (Leitung 12) aus den zu klimatisierenden Räumen (1) über den kälteren Abschnitt (4b) des zweiten Wärmetauschers (4) geführt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmetauscher (7) bezüglich des Querstroms als Kondensations-Wärmetauscher ausgebildet ist und daß das dabei im Kondensationsabschnitt (7a) anfallende Kondenswasser (Leitung 17), oder Frischwasser, in den Querstrom (bei 16) des zweiten Wärmetauschers (4) zur Verdunstung eingespritzt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß in den zweiten Wärmetauscher (4; 4a, 4b) ein Kondensationsabschnitt (25) integriert, oder diesem nachgeschaltet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das im Kondensationsabschnitt (25) abgeschiedene Kondensat in einem Sammelbehälter (25a) aufgefangen und über eine Dosiereinrichtung (25b) am Eingang (Leitung 13) des ersten Wärmetauschers (7) eingespritzt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß in den Kompressor (3) Kondensat der ersten Komponente eingespritzt wird und die Kondensatmenge so bemessen ist, daß am Ausgang des Kompressors noch keine Sättigung der zweiten Komponente mit der ersten Komponente erreicht wird.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß im Querstrom dem ersten Wärmetauscher (7) ein weiterer, dritter Wärmetauscher (8) nachgeschaltet ist, über den bei Heizbetrieb im zweiten Wärmetauscher (4) vorgewärmte Außenluft (9) zugeführt wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer als ein erster Wärmetauscher (7) ausgebildet ist, über den im Querstrom ein anderer Wärmeträger (z.B. Wasser) geleitet wird, der über Wärmetauscher in den zu klimatisierenden Räumen (1) die Kälte an die Raumluft abgibt.

17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (7) durch einen Bypass (27) überbrückt ist, der vom Ausgang (Leitung 23) zum Eingang (Leitung 13) fördert.

Zeichnung