DE102011005558A1 - Rail vehicle e.g. tram, has multiple air conditioners provided with uniform climate modules and designed based on cooling performance requirements of vehicle inner spaces that are assigned to respective air conditioners - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit mehreren Klimageräten zur Klimatisierung von Innenräumen des Schienenfahrzeugs.The invention relates to a rail vehicle with several air conditioning units for air conditioning of interiors of the rail vehicle.
Zur Klimatisierung seiner Innenräume ist ein Schienenfahrzeug beispielsweise mit einem oder mehreren Klimageräten (Split- oder Kompaktgerät) ausgestattet, die an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugs montiert sind, wie beispielsweise auf dem Wagendach, im Unterflurbereich oder im Schaltschrank. Diese Klimageräte übertragen jeweils bereitgestellte Heiz- und Kälteleistung in verschiedene Innenräume des Schienenfahrzeugs, wie Fahrgasträume bzw. Abteile, aber beispielsweise auch in den Fahrerstand.For the air conditioning of its interiors, a rail vehicle is equipped, for example, with one or more air conditioning units (split or compact unit), which are mounted at different points of the vehicle, such as on the car roof, in the underfloor area or in the control cabinet. These air conditioners transmit each provided heating and cooling capacity in various interiors of the rail vehicle, such as passenger compartments or compartments, but for example in the driver's cab.
Die Kälteerzeugung in einem Kompaktklimagerät wird mittels herkömmlicher Kaltdampftechnik bereitgestellt. Die wichtigsten Komponenten der Kältemaschine sind Verdichter, Verflüssiger, Expansionsventil und Verdampfer. Dabei verdichtet der Verdichter das gasförmige Kältemittel auf hohen Druck und hohe Temperatur. Im Verflüssiger wird die im Verdampfer durch das Kältemittel aufgenommene Energie sowie die elektrische Energie des Verdichters an eine Umgebung abgegeben. Das Expansionsventil entspannt das flüssige Kältemittel in das Nassdampfgebiet. Im Kühlfall wird im Verdampfer schließlich die Zuluft aufbereitet, während im Heizfall die Leistung durch elektrische Heizregister bereitgestellt und an die Zuluft abgegeben wird.The refrigeration in a compact air conditioner is provided by means of conventional cold steam technology. The main components of the chiller are compressor, condenser, expansion valve and evaporator. The compressor compresses the gaseous refrigerant to high pressure and high temperature. In the condenser, the energy absorbed by the refrigerant in the evaporator and the electrical energy of the compressor are delivered to an environment. The expansion valve relaxes the liquid refrigerant in the wet steam area. In the case of cooling, the supply air is finally treated in the evaporator, while in the case of heating the power is provided by electric heating coils and delivered to the supply air.
Im Regelfall kommen bei einem Schienenfahrzeug zur Klimatisierung von Fahrgasträumen, Fahrerständen und Abteilen für ein jeweiliges Fahrzeug speziell entwickelte Kompaktklimageräte zum Einsatz. So erfordern beispielsweise verschiedene Fahrzeugplattformen desselben Herstellers für eine jeweilige Plattform spezifische Kompaktklimageräte. Auch weichen klimatechnische Auslegungsparameter sowie fahrzeugbedingte Schnittstellen einer Straßenbahn, eines Nahverkehrsfahrzeugs und eines Hochgeschwindigkeitsfahrzeugs derart voneinander ab, dass für diese verschiedenen Fahrzeugplattformen gesonderte Klimakompaktgeräte zu entwickeln sind. Hinzu kommt, dass innerhalb einer Fahrzeugplattform Kundenanforderungen, wie beispielsweise die Auslegungsparameter im Einsatzgebiet, Anforderungen der elektrischen Leistungsaufnahme, der Wartung etc. so unterschiedlich sind, dass sie nur sehr aufwendig durch eine komplexe Plattform bedient werden können.As a rule, specially developed compact air conditioning units are used in a rail vehicle for the air conditioning of passenger compartments, driver stands and compartments for a particular vehicle. For example, different vehicle platforms from the same manufacturer require specific compact air conditioning units for each platform. Also soft air conditioning design parameters and vehicle-related interfaces of a tram, a local transport vehicle and a high-speed vehicle from each other so that separate air conditioning compact units are to be developed for these different vehicle platforms. In addition, within a vehicle platform customer requirements, such as the design parameters in the field, requirements of electrical power consumption, maintenance, etc. are so different that they can be operated only very complicated by a complex platform.
Auch innerhalb einer Plattform kommen häufig verschiedene Klimakompaktgeräte zum Einsatz. Dabei klimatisiert beispielsweise ein Klimakompaktgerät den Fahrgastraum bzw. die Abteile, während ein anderes Klimakompaktgerät für den Fahrerstand vorgesehen ist.Even within a platform, various air-conditioning compact units are often used. In this case, for example, a compact air conditioning unit air-conditioned the passenger compartment or the compartments, while another air conditioning compact device is provided for the driver's cab.
Die ständigen Neuentwicklungen für Klimakompaktgeräte für Schienenfahrzeuge sowie die gleichzeitige Entwicklung von Fahrgastraum- und Fahrerstandsklimakompaktgeräten erfordern lange Entwicklungszeiten und sind jeweils mit beachtlichen Einmalkosten verbunden. Die Erfahrung zeigt, dass projektspezifische Neuentwicklungen gepaart mit stets anderen Einzelkomponenten bei einer Vielzahl von Lieferanten für Klimakompaktgeräte zu ungeplanten Aufwendungen sowohl bei Lieferanten als auch bei Herstellern für Schienenfahrzeuge führt.Constant new developments for air conditioning compact units for rail vehicles and the simultaneous development of passenger compartment and driver's compartment compact air conditioning units require long development times and are each associated with considerable one-off costs. Experience shows that project-specific new developments paired with always different individual components at a large number of suppliers for air-conditioning compact units lead to unplanned expenses for both suppliers and manufacturers of rail vehicles.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Entwicklungsaufwand für die Auslegung des Klimatisierungssystems vermindert wird.Proceeding from this, the invention has the object, a rail vehicle of the type mentioned in such a way that the development effort for the design of the air conditioning system is reduced.
Diese Aufgabe wird bei dem Schienenfahrzeug dadurch gelöst, dass die Klimageräte jeweils aus einheitlichen Klimamodulen gebildet sind, wobei eine Anzahl an Klimamodulen, die ein bestimmtes Klimagerät ausbilden, von einem Kühlleistungsbedarf eines dem bestimmten Klimagerät hinsichtlich Klimatisierung zugeordneten Innenraums abgeleitet ist.This object is achieved in the rail vehicle in that the air conditioning units are each formed of uniform climate modules, wherein a number of climate modules that form a specific air conditioner, is derived from a cooling power demand of the air conditioner assigned to the specific air conditioner interior.
Ein solches Klimamodul wäre dann mit einer vergleichsweise eher geringen Kälte- und Heizleistung auszulegen, so dass verschiedene Innenräume des Schienenfahrzeugs mit jeweils zugehörigen Klimageräten ausgestattet werden können, die je nach Anforderung des betreffenden Innraums ein oder mehrere Klimamodule aufweisen. Aufgrund der geringen Leistung des Klimamoduls kommen für eine Klimatisierung eines Fahrgastraumes bzw. der Abteile eines Schienenfahrzeugs beispielsweise drei bis acht Klimamodule in Betracht, während für eine Klimatisierung eines Fahrerstandes ein oder zwei Klimamodule zum Einsatz kommen können.Such a climate module would then be interpreted with a comparatively low cooling and heating capacity, so that various interiors of the rail vehicle can be equipped with associated air conditioning units, which have one or more climate modules depending on the requirement of the relevant Innraums. Due to the low performance of the climate module, for example, three to eight climate modules may be considered for air conditioning of a passenger compartment or the compartments of a rail vehicle, while one or two climate modules may be used for air conditioning of a driver's station.
Sind bei derartigen Klimageräten mehrere Klimamodule vorgesehen, so wird damit eine vorteilhafte Teilredundanz für den Fall verwirklicht, dass eines der Klimamodule ausfällt.If several air conditioning modules are provided in such air conditioning units, so that an advantageous partial redundancy is realized in the event that one of the climate modules fails.
Vorteilhafter Weise sind sämtliche Klimageräte des Schienenfahrzeugs aus den Klimamodulen aufgebaut. In diesem Fall kommen die Vorteile des Einsatzes einheitlicher Klimamodule maximal zum Tragen.Advantageously, all the air conditioning units of the rail vehicle are constructed from the climate modules. In this case, the benefits of using uniform climate modules are maximized.
Eine Kühlleistung des einheitlichen Klimamoduls kann im Bereich von 5 bis 10 kW liegen. Dieser Leistungsbereich ist geeignet, um das einheitliche Klimamodul für die Klimatisierung verschiedener Innenräume mit unterschiedlichen Leistungsanorderungen in jeweils geeigneter Anzahl zu verwenden.A cooling capacity of the uniform climate module can be in the range of 5 to 10 kW. This power range is suitable for using the uniform climate module for the air conditioning of different interior spaces with different power requirements, each of a suitable number.
Die einheitlichen Klimamodule können standardisierte elektrische, mechanische und/oder hydraulische Anschlüsse aufweisen. Dies gestattet es, gehäuseseitig für die Klimamodule einheitliche Schnittstellen vorzusehen. The uniform climate modules can have standardized electrical, mechanical and / or hydraulic connections. This makes it possible to provide uniform interfaces on the housing side for the climate modules.
Die einheitlichen Klimamodule können einen Verdichter, zwei Wärmetauscher und ein Expansionsorgan aufweisen. Dabei können die beiden Wärmetauscher in einen Sekundär-Kreislauf eines Wagens eingebunden sein.The uniform climate modules can have a compressor, two heat exchangers and an expansion element. The two heat exchangers can be integrated into a secondary circuit of a car.
Die Klimamodule zeichnen sich durch ein geringes Gewicht gepaart mit geringen Abmaßen aus. Aufgrund einer Trennung der Leistungserzeugung und der Übertragung der Heiz- und Kälteleistung in den Wagen mittels des Mediums Luft, kommen als kritisch einzustufende Kältemittel (brennbar, luftverdrängend etc.) in Betracht.The climate modules are characterized by a low weight paired with small dimensions. Due to a separation of the power generation and the transmission of the heating and cooling capacity in the car by means of the medium air, come as critically classified refrigerant (combustible, luftverdrängend etc.) into consideration.
Die Klimageräte, die aus den Klimamodulen aufgebaut werden weisen bevorzugt einheitliche Gehäuse auf, die eine Mehrzahl interne Schnittstellen zum Anschluss der Klimamodule aufweisen. So kann beispielsweise ein Gehäuse eine vorgegebene Anzahl von Klimamodulen aufnehmen, beispielsweise sechs, wobei jedoch nur so viele Klimamodule tatsächlich angeschlossen werden, wie es nach den Anforderungen des zu klimatisierenden Innenraums erforderlich ist.The air conditioning units that are constructed from the climate modules preferably have a uniform housing, which have a plurality of internal interfaces for connecting the climate modules. For example, a housing can accommodate a predetermined number of climate modules, for example, six, but only as many climate modules are actually connected, as required by the requirements of the interior to be air conditioned.
Das einheitliche Gehäuse für die Klimageräte weist bevorzugt wenigstens eine externe Schnittstelle für standardisierte elektrische, mechanische und/oder hydraulische Anschlüsse zum Schienenfahrzeug auf. Dies fördert ebenfalls eine plattformübergreifende Verwendung der Klimageräte.The unitary housing for the air conditioners preferably has at least one external interface for standardized electrical, mechanical and / or hydraulic connections to the rail vehicle. This also promotes a cross-platform use of the air conditioners.
In dem einheitlichen Gehäuse für eine Leistungsübertragung in einem zugeordneten Innenraum des Schienenfahrzeugs sind bevorzugt ein Sekundärwärmeträger-Luft-Wärmetauscher und wenigstens ein Zulüfter oder nur eines dieser beiden Geräte untergebracht.In the unitary housing for a power transmission in an associated interior of the rail vehicle, a secondary heat transfer air-heat exchanger and at least one supply fan or only one of these two devices are preferably housed.
Dabei kann eine Wagenklimatisierung wagenspezifisch mit einer unterschiedlichen Anzahl an Klimamodulen erfolgen, so dass die Leistung als Funktion des wagenspezifischen Leistungsbedarfs installierbar ist.In this case, a car air conditioning can be carried out cart-specific with a different number of climate modules, so that the performance can be installed as a function of the car-specific power requirements.
Zur Steuerung einer abgegebenen Leistung sind die einheitlichen Klimamodule bevorzugt einzeln mit Hilfe einer Steuereinrichtung zu- und abschaltbar. In dieser Weise kann eine feinstufige Regelsteuerung der Leistungsabgabe des Klimagerätes verwirklicht werden. Selbstverständlich ist auch eine Regelung der abgegebenen Leistung denkbar.To control a power output, the uniform climate modules are preferably individually switched on and off by means of a control device. In this way, a fine-level control control of the power output of the air conditioner can be realized. Of course, a regulation of the delivered power is conceivable.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Klimagerätes zum Einbau in ein Schienenfahrzeug.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. The single FIGURE shows a schematic representation of an air conditioner for installation in a rail vehicle.
Wie aus der Figur hervorgeht, weist ein Klimagerät ein Gehäuse G auf, in dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel insgesamt sechs Klimamodule K untergebracht sind.As can be seen from the figure, an air conditioner on a housing G, in which a total of six climate modules K are housed in the present embodiment.
Die Klimamodule K sind für eine vergleichsweise geringe Kälte- und Heizleistung im Bereich von beispielsweise 5 bis 10 kW ausgelegt. Jedes Klimamodul K besteht grundsätzlich aus einem Verdichter, zwei Wärmetauschern (Verflüssiger, Verdampfer) und einem Expansionsorgan. Die Klimamodule K zeichnen sich durch ein geringes Gewicht gepaart mit geringen Abmaßen aus. Aufgrund der Trennung der Leistungserzeugung und der Übertragung der Heiz- und Kälteleistung in den Wagen mittels des Mediums Luft, kommen als kritisch einzustufende Kältemittel, die beispielsweise brennbar oder luftverdrängend sein können, in Betracht. Im in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel bildet ein Wärmetauscher W einen gemeinsamen Verdampfer für die Klimamodule K und ist mit diesen über nicht dargestellte Rohrleitungen in geeigneter Weise verbunden. Die Klimamodule K in dem standardisierten Gehäuse G sind in einen Wasser-Glycol-Kühlkreislauf des Fahrzeuges eingebunden. Die Abwärme der Module K wird in dem Wasserkreislauf abgegeben und über die herkömmliche Kühlanlage nach Außen abgeführt.The climate modules K are designed for a comparatively low cooling and heating power in the range of, for example, 5 to 10 kW. Each climate module K basically consists of a compressor, two heat exchangers (condenser, evaporator) and an expansion element. The climate modules K are characterized by a low weight paired with small dimensions. Due to the separation of the power generation and the transmission of the heating and cooling capacity in the car by means of the medium air, come as a critically classified refrigerant, which may be, for example, combustible or luftverdrängängend into consideration. In the embodiment shown in the figure, a heat exchanger W forms a common evaporator for the air conditioning modules K and is connected to these via pipes not shown in a suitable manner. The climate modules K in the standardized housing G are integrated in a water-glycol cooling circuit of the vehicle. The waste heat of the modules K is discharged in the water cycle and discharged via the conventional cooling system to the outside.
Das in der Figur dargestellte Klimagerät kann zur Klimatisierung eines Fahrgastraumes bzw. der Abteile eines Wagens verwendet werden, wobei sich eine erforderliche Anzahl von in dem Gehäuse G unterzubringenden Klimamodulen K aus den klimatischen Anforderungen des zugehörigen, zu klimatisierenden Innenraums des Schienenfahrzeugs ableitet. Aufgrund der eher geringen Leistung der Klimamodule K kommen beispielsweise für die Klimatisierung eines Fahrgastraumes etwa sechs Klimamodule K in Betracht, wie es auch in der Figur dargestellt ist. Für die Klimatisierung eines Fahrerstandes kommt zwar dasselbe Gehäuse G mit Wärmetauschern W und Lüftern L zum Einsatz. Allerdings werden beispielsweise nur ein oder zwei Klimamodule K zur Einstellung eines gewünschten Klimas benötigt. In diesem Fall würden in dem Ausführungsbeispiel nach der Figur vier Plätze für Klimamodule K frei bleiben.The air conditioner shown in the figure can be used for air conditioning of a passenger compartment or the compartments of a car, with a required number of housed in the housing G climate modules K derived from the climatic requirements of the associated, to be air conditioned interior of the rail vehicle. Due to the rather low performance of the climate modules K, for example, about six climate modules K come into consideration for the air conditioning of a passenger compartment, as shown in the figure. Although the same housing G with heat exchangers W and fans L is used for the air conditioning of a driver's cab. However, for example, only one or two climate modules K are needed to set a desired climate. In this case, four places for climate modules K would remain free in the embodiment according to the figure.
Generell erfolgt somit eine Wagenklimatisierung wagenspezifisch mit einer unterschiedlichen Anzahl an Klimamodulen K. Hierdurch verringert sich die Anschlussleistung für das Klimasystem im Schienenfahrzeug.In general, a car air conditioning is thus car-specific with a different number of climate modules K. This reduces the connected load for the air conditioning system in the rail vehicle.
Zum einfachen Einbau oder auch Austausch der Klimamodule K sind diese steckerfertig mit standardisierten elektrischen, mechanischen und hydraulischen Schnittstellen GS in das Gehäuse G eingebunden. Das Gehäuse G wiederum wird über im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei standardisierte elektrische, mechanische und hydraulische Schnittstellen FS in das Schienenfahrzeug eingebunden.For easy installation or replacement of the climate modules K these are ready to plug in with standardized electrical, mechanical and hydraulic interfaces GS in the housing G. The housing G in turn is integrated in the present embodiment, two standardized electrical, mechanical and hydraulic interfaces FS in the rail vehicle.
Das Klimagerät wird gesteuert von einer Steuervorrichtung S, die in einer Signalverbindung zu sämtlichen, in dem Gehäuse G vorgesehenen Klimamodulen K steht. Mit Hilfe der Steuervorrichtung S ist es möglich, eines oder mehrere der Klimamodule K bei Bedarf zu- oder abzuschalten, sofern sich dies aus einem Leistungsbedarf des von dem Klimagerät versorgten Innenraums ergibt.The air conditioner is controlled by a control device S, which is in a signal connection to all, provided in the housing G climate modules K. With the aid of the control device S, it is possible to switch one or more of the climate modules K on or off as needed, if this results from a power requirement of the interior supplied by the air conditioner.
Es ist hervorzuheben, dass die Auslegung des Klimagerätes mit im Regelfall mehreren Klimamodulen K auch eine Teil-Redundanz für den Ausfall einzelner Klimamodule K mit sich bringt.It should be emphasized that the design of the air conditioner with usually several climate modules K also brings a partial redundancy for the failure of individual climate modules K with it.
Das in der Figur dargestellte Klimagerät kann auf verschiedenen Schienenfahrzeugplattformen zum Einsatz kommen, wobei es, die Anzahl der Klimageräte K ausgenommen, unverändert verbleiben kann. Selbstverständlich kann bzw. soll das Klimagerät auch innerhalb eines Schienenfahrzeugs mehrfach eingesetzt werden, beispielsweise zur Klimatisierung des Fahrerstandes, des Fahrgastraums bzw. einzelner Abteile, wobei lediglich die Anzahl der eingebauten Klimamodule K von Klimagerät zu Klimagerät abweichen kann.The air conditioner shown in the figure can be used on various rail vehicle platforms, wherein it, the number of air conditioners K except, can remain unchanged. Of course, the air conditioner can or should be used several times within a rail vehicle, for example, for air conditioning of the driver's cab, the passenger compartment or individual compartments, with only the number of installed climate modules K may differ from air conditioner to air conditioner.
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