DE1057161B - Klimaanlage fuer Eisenbahnwagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für Eisenbahnwagen mit Zwangsluftführung, die für die eintretende Luft gesonderte, wahlweise einschaltbare Heiz- und Kühlanlagen mit temperaturabhängigen Regelvorrichtungen aufweist.

Bei einer bekannten Klimaanlage mit gesonderten Kühl- und Heizanlagen, die jeweils ihre eigenen Regelvorrichtungen haben, ist die Heizanlage im Luftstrom vor die Kühlanlage geschaltet, wobei die Gesamtregelung durch wahlweises Ab- und Einschalten von Kühl- und Heizanlage erfolgt. Ein Nachteil dieser bekannten Anlage ist darin zu sehen, daß sie für die Trocknung von Luft ungeeignet ist und gesonderte Teile für Heiz- und Kühlanlage erfordert, die sich nicht für beide gemeinsam verwenden lassen.

Bei einer weiteren bekannten Klimaanlage ist die Heizanlage im Luftstrom hinter die Kühlanlage geschaltet und zwischen beiden ein Vorkondensator des Kühlmediums eingesetzt, der beim Trocknungsprozeß die in der Kühlanlage abgekühlte Luft mit der Kornpressionswärme des Kühlmediums wieder aufwärmt. Kühl- und Heizanlagen bleiben dadurch jedoch ebenfalls unabhängig voneinander und benötigen gesonderte Regelvorrichtungen.

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Klimaanlage, die die obengenannten Nachteile nicht aufweist und bei der die im Luftstrom hinter die Kühlanlage geschaltete Heizanlage so mit der Kühlanlage kombiniert ist, daß mittels ein und derselben RegeJvorrichtung alle Funktionen der Klimaanlage geregelt werden können, d. h. sowohl der Kühl- und Trocknungs- als auch der Heizprozeß.

Eine weitere durch die Erfindung zu lösende Aufgabe ist die Schaffung einer solchen Klimaanlage, bei der sich der Kühl- und Heizanlage gemeinsame Teile ergeben.

Die Erfindung besteht nun darin, daß bei an sich bekannter Nachschaltung des Lufterhitzers hinter den Luftkühler die Flüssigkeit in der Heizanlage einen zusätzlichen Wärmetauscher passiert, der als Vorkondensator für das Kühlmittel wirkt, und daß das Durchströmen der Heizflüssigkeit durch diesen Wärmetauscher durch eine auf die Temperatur der eintretenden Luft ansprechende Vorrichtung geregelt wird.

Durch diese Ausbildung der Klimaanlage sind Heiz- und Kühlanlage thermisch unmittelbar miteinander verbunden, da in dem als Vorkondensator für das Kühlmittel wirkenden Wärmetauscher Kühlmittel und Heizmittel in Wärmeaustausch miteinander stehen, wobei dieser Wärmeaustausch von der Temperatur der eintretenden Luft bestimmt wird. Bei Trocknung und Kühlung, d. h. bei eingeschalteter Kühlanlage, kann daher ein und dieselbe Regelvor-

Klimaanlage für Eisenbahnwagen

Anmelder:
General Motors Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore, Patentanwalt,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. August 1955

Thomas Bert Dilworth, Hinsdale, 111.,
Max Ephraim jun., Chicago, III.,
und John Theodore Ialeggio, Gary, Ind. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

richtung verwendet werden, die bei Heizungsbetrieb, d. h. bei abgeschalteter Kühlanlage, die Steuerung der Heizanlage durch Veränderung der Durchsatzmenge an Heizflüssigkeit vornimmt, ohne daß bei allen drei Funktionen zusätzliche Regelmaßnahmen, wie z. B. Drehzahlregelung der Antriebsaggregate in der Heiz- und Kühlanlage od. dgl., erforderlich sind. Die Erfindung führt daher zu einer wesentlichen Einsparung sowohl an Regelorganen als auch an Aufwand von Geräten.

Vorzugsweise beeinflußt die temperaturabhängige Regelvorrichtung ein Ventil in der Heizanlage, das deren Flüssigkeit entsprechend der Lufttemperatur zum Lufterhitzer über den Wärmetauscher hin- oder von diesem wegleitet. Dadurch können sowohl das Kühlaggregat als auch die Flüssigkeitspumpe in der Heizanlage mit konstanter Geschwindigkeit laufen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines mit einer Klimaanlage gemäß der Erfindung ausgerüsteten Eisenbahnwagens, bei der einige Teile weggebrochen sind,

Fig. 2 schematisch die Kühl- und Heizanlage der in Fig. 1 dargestellten Klimaanlage und

Fig. 3 den Schaltplan der elektrischen Regeleinrichtungen für die in Fig. 1 und 2 dargestellte Klimaanlage. ' ! 51

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Der in Fig. 1 dargestellte Eisenbahnwagen 10 enthält ein Fahrgastabteil 12, unter dessen Boden 16 ein Raum 14 Hegt, der die Antriebsaggregate der Klimaanlage auf der einen Seite einer vertikalen Trennwand 17 enthält, auf deren anderer Seke die Wärmetauscher 18 und 20 zum Kühlen bzw. Erwärmen der Luft sowie das Gebläse 23 untergebracht sind.

Die Klimaanlage (Fig. 1 und 2) besteht aus einer Kühlanlage mit einem Kompressor 22, einem Vorkondensator 24, einem luftgekühlten Hauptkondensator 26, einem Aufnehmer 28, einem Entspannungsventil 30 und einem Verdampfer 18, die durch Leitungen 32 für das Kühlmittel untereinander verbunden sind. In dieser Anlage ist auch ein Wärmetauscher 34 vorgesehen, der eine Übertragung von Wärme aus dem flüssigen Kühlmittel, das vom Aufnehmer 28 zum Verdampfer 18 strömt, auf das verdampfte Kühlmittel bewirkt, das vom Verdampfer 18 zum Verdichter 22 zurückströmt. Der Verdampfer 18 liegt im Strömungsweg der zu klimatisierenden Luft ao zwischen einem Luftfilter 36 und der Heizschlange 20 für die Luft. Zur Kühlung des Hauptkondensators 26 ist ein Gebläse 66 vorgesehen, das, wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, Luft von außen in den Raum 14 einsaugt und diese nach dem Vorbeistreichen am Kondensator durch eine Öffnung 19 im Boden hinausdrückt.

Der Verdichter 22, der von einem Elektromotor 38 oder einer Brennkraftmaschine angetrieben wird, arbeitet beim Betrieb der Anlage fortwährend und mit konstanter Drehzahl. Ein Absinken der Temperatur der Luft, die vom Verdampfer 18 gekühlt wird und in das Abteil 12 eintritt, unter einen gewünschten Wert wird dadurch verhindert, daß eine aufgeheizte Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder Äthylenglykol, durch eine Pumpe 40 durch den Vorkondensator 24 und den Lufterhitzer 20, den die Luft nach dem Verlassen der Verdampferschlange passiert, im Kreislauf hindurchgedrückt wird.

Die Pumpe 40 der Heizanlage wird von einem Elektromotor 42 angetrieben und arbeitet fortwährend bei jeder Witterung. Sie pumpt also beim Betrieb der Klimaanlage auch bei stillgelegten Heizöfen die dann kühle Heizflüssigkeit stets um. Wenn eine maximale Erwärmung erwünscht wird, strömt die gesamte, von der Pumpe im Kreislauf bewegte aufgeheizte Flüssigkeit über eine Zuströmleitung 44 durch den Vorkondensator 24 und den Lufterhitzer 20 über eine Leitung 46, durch einen in üblicher Weise ölbeheizten Wassererhitzer 48 und durch einen Tank 50 hindurch, in dem ein elektrischer Tauchsieder 52 liegt, dessen Zweck später erläutert wird, zurück zur Pumpe 40. Der Tank 50 wird von einem Haupttank 59 gespeist, mit dem Entlüftungsleitungen 61 in Verbindung stehen, um die Bildung von Luftblasen in der Anlage zu verhindern.

Bei heißem Wetter sind die Erhitzer 48 und 52 nicht in Tätigkeit, nur der Vorkondensator 24 ist in Betrieb, um über die wärmeaustauschende kühle Heizflüssigkeit Wärme aus der verdichteten Kühlflüssigkeit an den Erhitzer 20 zu übertragen. Die Größe der auf diese Weise übertragenen Wärmemenge wird durch ein thermostatisch gesteuertes Ventil 56 geregelt, dessen wärmeempfindliches Element 54 in einem Kanal 55 liegt, durch den die Luft aus dem Fahrgastabteil zurückströmt. In Abhängigkeit vom temperaturempfindlichen Element 54 ändert das Ventil 56 die Flüssigkeitsmenge, die von der Pumpe 40 zum Vorkondensator und zum Wärmetauscher 20 gefördert wird, wobei der Rest über eine Nebenschluß leitung 58

umläuft. Das Ventil 56 kann so ausgebildet sein, daß es nur eine ganz geöffnete und eine ganz geschlossene Stellung oder auch Zwischenstellungen aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, die Temperatur der Luft, die zum Fahrgastabteil 12 geliefert wird, in engem Bereich zu regulieren, wobei gleichzeitig die wirksame Kühlleistung der Kühlanlage auf den Bedarf eingestellt wird.

Bei kaltem Wetter ist die Kühlanlage nicht in Tätigkeit. Wie weiter unten im einzelnen beschrieben wird, ist die Steuereinrichtung, mit der entweder die Heizanlage oder die Kühlanlage wahlweise eingeschaltet wird, von Hand zu betätigen. Es ist an sich bekannt, automatische Mittel zum Einschalten jedes der Systeme entsprechend dem Luftzustand vorzusehen.

Der Kreislauf der Luft ist in Fig. 1 dargestellt. Das Gebläse 23 auf der stromabwärtigen Seite des Erhitzers 20 und des Verdampfungskühlers 18 saugt Luft sowohl von außen durch den Einlaß 25 (Fig. 2) als auch aus dem Abteil 12 durch die Einlässe 27 an. Nach dem Durchtritt durch die Wärmetauscher 20 und 18 wird die Luft durch die Kanäle 29 und 31 hindurchgedrückt, welche die Luft durch die Kanäle 29 a bzw. 31 a hindurch über Auslässe 33 in der Nähe der Fenster in das Abteil 12 leiten. Die Kanäle 31 haben seitliche Auslässe 35 in der Höhe des Fußboden^. Diese Auslässe werden bei heißem Wetter geschlossen gehalten und sind bei kaltem Wetter geöffnet, um warme Luft austreten zu lassen.

In Fig. 3 sind die elektrischen Regelstromkreise dargestellt, durch die die Arbeitsweise der beschriebenen Klimaanlage geregelt wird.

Die Energie wird über Leitungen 60 zugeführt, die mit einem nicht dargestellten dieselgetriebenen Hilfsgenerator, der in einem anderen Teil des Zuges liegt, verbunden sind. Der der Leitung 60 zugeführte Strom kann beispielsweise ein 440-V-60-Dreiphasenwechselstrom sein. Ein Transformator 62 liefert Strom geringerer Spannung an die verschiedenen Steuerrelais.

In den Leitungen, die zum Motor 38 des Verdichters 22, zum Motor für das Gebläse 66 für den Hauptkondensator, zum Motor 42 für die Pumpe 40, zu einem Motor 68 für das Gebläse 23 und zum Tauchsieder 52 führen, liegt ein Hauptschalter 64. Im Niederspannungsstromkreis für die Relais liegt ein zweiter Hauptschalter 70. Wenn die Schalter 64 und 70 geschlossen sind und dann ein Rückstellschalter 72 für ein Steuerrelais einen Augenblick geschlossen wird, wird die Klimaanlage in Tätigkeit gesetzt. Das Schließen des Schalters 72 versorgt ein Steuerrelaissolenoid74 mit Strom, das daraufhin einen Steuerrelais-Halteschalter 76 und einen Hilfssteuerschalter 78 schließt, welch letzterer eine Kontrollampe 80 ausschaltet. Gleichzeitig wird ein Stromkreis zu einem Pumpensteuerrelais 82 geschlossen, wobei der Schalter 84 für die Pumpe geschlossen und die Pumpe 40 angelassen wird. Zusätzlich wird ein Relais 86 mit Strom versorgt, so daß ein Schalter 88 für den Motor 68 des Gebläses 23 geschlossen wird. Das Relais 86 schließt auch noch einen Schalter 89, der in einer Leitung mit einem Wählschalter 90 und einem Prüfschalter 92 liegt.

Wenn kalte Luft gewünscht wird, wird der Wählschalter 90 in seine obere Stellung A gedreht und der Priifschalter 92 in Berührung mit einem Kontakt 94 gebracht. Dadurch werden zwei Relais 96 und 98 betätigt, die einen Schalter 100 für das Kondensatorgebläse bzw. einen Schalter 102 für den Verdichter 22 schließen. Der Schalter 92 kann dazu benutzt werden, den Motor 66 für das Kondensatorgebläse und den

Claims (1)

Motor 38 für den Verdichter abzuschalten, auch wenn der Wählschalter 90 auf A steht. Der Schalter 92 kann auch mit einem Kontakt 104 in Berührung gebracht werden, um den Motor 66 für das Kondensatorgebläse und den Motor 38 für den Verdichter für Prüfzwecke anzulassen, auch wenn der Schalter 19 auf B (Ausschaltstellung) oder C (Heizstellung) steht. Wenn der Schalter 90 auf A steht und der Schalter 92 eingeschaltet ist, arbeitet jedoch die Kühlanlage kontinuierlich. Wenn die Luft zu sehr gekühlt wird, bewirkt ein mit einer Quecksilbersäule arbeitender Thermostat 110, der entweder im Fahrgastabteil oder in dem Kanal für die rückströmende Luft angeordnet ist, daß eine Relaisspule 112 stromlos wird, wodurch ein Schalter 114 geöffnet und ein Schalter 116 geschlossen wird. Ein Schließen des Schalters 114 versorgt ein Solenoid 118 mit Strom, welches das Ventil 56 für das heiße Wasser schließt, während ein Schließen des Schalters 116 die Verbindung eines Widerstandes 120 in Reihe mit einer Spule 122 herstellt, die die Quecksilbersäule des Schalters 110 umgibt, so daß dessen Arbeitstemperatur verringert wird. Hierdurch wird das Ventil 56 so oft geöffnet und geschlossen, daß merkbare Temperaturschwankungen im Lufterhitzer 20 vermieden werden. Mit dem Thermostaten 110 ist ein Widerstand 124 verbunden, um den Stromdurchgang durch den Thermostaten zu verringern. Die Empfindlichkeit des Thermostaten 110 kann durch einen Rheostaten 126 geändert werden, der in Reihe mit einem Widerstand 128 und der Spule 122 liegt. Wenn die Kühlanlage arbeitet, wird die Größe der erreichten Luftkühlung durch den Erhitzer 20 beeinflußt, der der Luft wieder einen Teil der Wärme zurückgibt, die ihr zuvor durch den Verdampfer 18 entzogen wurde. Wenn die Kühlanlage in Tätigkeit ist, wird der Luft, die dem Abteil zugeführt werden soll, stets Feuchtigkeit entzogen, und zwar sogar dann,, wenn die Schalterstellungen so sind, daß keine Zufuhr gekühlter Luft stattfindet, sondern nur die Feuchtigkeit der Frischluft vermindert werden soll, ohne die Luft zu kühlen. Wenn mir eine Lüftung gewünscht wird, wird der Schalter 90 in die Stellung B gedreht, so daß der Motor 66 für das Kondensatorgebläse und der Verdichter 22 abgeschaltet sind, während der Motor 68 für das Gebläse 23 Strom erhält. Um das Heizsystem zum Betrieb vorzubereiten, ist zunächst der Wählschalter 90 in die Stellung C zu bringen und ein Erhitzerschalter 130 zu schließen. Die Erwärmung wird dann entweder durch den ölbefeuerten Erhitzer 48 oder durch den Tauchsieder 52, wie im folgenden beschrieben, erreicht. Um die Heizvorrichtung anzulassen, wird einer der beiden Erhitzerschalter 154 geschlossen, wodurch einem Relaissolenoid 156 Strom zugeführt wird, welches dann einen Halteschalter 158 schließt und einen Schalter 160 öffnet, welcher die Tätigkeit des Tauchsieders 52 durch ein Solenoid 172 immer dann verhindert, wenn der ölbefeuerte Erhitzer 48 in Tätigkeit ist. Ein Thermostatschalter 142 ist so eingestellt, daß er mit dem oberen Kontakt bei Temperaturen unter 66° C geschlossen und zum unteren Kontakt hin bei Temperaturen über 71° C bewegt wird. Befindet sich der Thermostatschalter 142 in der dargestellten oberen Stellung, versorgt das Schließen des Schalters 158 eine Zündvorrichtung 152 und eine Relaisspule 162 mit Strom, so daß ein weiterer Schalter 164 im Stromkreis des Tauchsiedersolenoids 172 und ein Schalter 166 geöffnet werden sowie ein Schalter 168 geschlossen wird. Somit liefert entweder der ölbefeuerte Erhitzer 48 oder der elektrische Tauchsieder 50 Wärme; zu keiner Zeit können jedoch beide gleichzeitig arbeiten. Durch Stromzufuhr zu einem Solenoid 150 über den Stromkreis, der die Thermostatschalter 140,142 und 144 enthält, heizt zunächst der ölbefeuerte Erhitzer 48, um die Wassertemperatur auf 71° C zu bringen, worauf der Thermostatschalter 142 den Stromkreis der Solenoide 150 und 162 öffnet, dagegen den Stromkreis schließt, der den Thermostatschalter 146 und das Solenoid 172 für den Tauchsieder 52 enthält. Wenn das Solenoid 172 Strom erhält, schließt ein Schalter 174 für den Tauchsieder 52 und versorgt ihn mit Strom. Der Tauchsieder übernimmt somit die Erwärmung; wenn jedoch die Wassertemperatur 76° C übersteigt, öffnet der Thermostatschalter 146 den Stromkreis des Solenoids 172, so daß der Tauchsieder 52 stromlos wird. Wenn die Außentemperatur so niedrig ist, daß diese Wassertemperatur nicht gehalten werden kann und unter 71° C sinkt, wird der Tauchsieder 52 durch den Schalter 142 abgeschaltet und der ölbefeuerte Erhitzer 48 in Tätigkeit gesetzt. Es besteht also bei der Regelung der beiden Heizöfen eine Überschneidung um 5° C: Der Tauchsieder 52 übernimmt bei 71° C Wassertemperatur vom öl·· befeuerten Erhitzer 48 die Heiztätigkeit, wird jedoch bei 66° C abgeschaltet, wenn der ölbefeuerte Erhitzer wieder das Heizen übernimmt. Somit ist der Thermostat 142 in seiner oberen Stellung bei allen Temperaturen unter 66° C geschlossen und bleibt geschlossen, bis die Wassertemperatur 71° C erreicht. Dann bewegt er sich aus seiner oberen in seine untere Stellung und schaltet so den Tauchsieder ein, der dann vom Thermostatschalter 146 geregelt wird und der bei allen Temperaturen unter 73,5° C geschlossen ist und geschlossen bleibt, bis die Wassertemperatur 76° C erreicht hat. Bei diesem Wert wird er geöffnet. Die Thermostatschalter 140 und 144 sind Sicherungen und immer dann geschlossen, wenn die Wassertemperatur im Kreislauf unter 96° C liegt. Falls jedoch die Wassertemperatur aus irgendeinem Grunde 96° C übersteigen sollte, öffnen die Schalter, um zu verhindern, daß sowohl der ölbefeuerte Erhitzer 48 als auch der Tauchsieder 52 arbeitet. Im Stromkreis zum ölbefeuerten Erhitzer 48 liegt ein Prüfschalter 180, um den Stromkreis für Prüfzwecke schließen zu können, auch wenn die Thermostatschalter nicht so stehen, daß eine Heizung erfolgt. Übliche, im Schornstein liegende Thermostatscbalter 182 und 184 erfüllen die bekannten Aufgaben, die Zufuhr von Kraftstoff zum ölbefeuerten Erhitzer 48 zu verhindern, falls die Zündvorrichtung 152 nicht arbeitet oder die Schornsteintemperatur zu groß wird. Ein Schalter 168 schließt den Stromkreis zum Motor 188 für den ölbefeuerten Wassererhitzer 48. Das Solenoid 156 ist ein Verzögerungssolenoid und öffnet die Schalter 158 und 160 erst dann, wenn das Solenoid 45 Sekunden lang stromlos ist. Patentansprüche:

1. Klimaanlage für Eisenbahnwagen mit Zwangsluftführung, die für die eintretende Luft gesonderte, wahlweise einschaltbare Heiz- und Kühlanlagen mit temperaturabhängigen Regelvorrichtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß bei an sich bekannter Nachschaltung des Lufterhitzers (20) hinter den Luftkühler (18) die Flüssigkeit in der Heizanlage (20, 46, 48, 40, 50) einen zusatz-