DE2117829A1

DE2117829A1 - Klimaanlage für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE2117829A1
Application number: DE19712117829
Authority: DE
Inventors: Ignaz Ing. Wien. P Engel
Original assignee: Alex Friedmann KG
Current assignee: Alex Friedmann KG
Priority date: 1971-03-24
Filing date: 1971-04-13
Publication date: 1972-10-05
Also published as: AT311410B; US3807490A; DE2117829C3; ES401093A1; FR2131526A5; DE2117829B2; IT949780B

Description

9117 R 9 R SCHROETER ■ K. LEHMANN

PATENTANVvÄLTE . „

8 München25 · Üpcwsfcystr. 1 ü - Tel.778956 " ^Γ~

1?.. April 1971

ALEX . ERIEDMAiJ]J KOMMAIiDITGESELLSOHAi¹T ,

Wien

Klimaanlage für Fahrzeuge, insbesondere S chienenfahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit einem luftbeaufschlagten Klimaaggregat, dessen Heizteil wenigstens einen vom Heizv/asser durchströmten Lufterhitzer aufweist, der an einen von einem Ölbrenner beheizten Wasserkreislauf angeschlossen ist.

Eine solche Klimaanlage ermöglicht die Beheizung der damit ausgerüsteten Fahrzeuge, wenn die Möglichkeit einer Energieversorgung von außen nicht gegeben ist. Dies ist beispielsv/eise bei Schlafwagen und anderen Schienenfahrzeugen der Fall, welche vor dem Einsatz eine entsprechende Vorbereitungazeit benötigen, während der die Heizeinrichtimg jedoch schon in Betrieb sein muß. Der Ölbrenner bleibt dabei nur so lange in Betrieb, bis die Energieversorgung von außen, z.B. durch Einreihen des Wagens in den Zugsverband einsetzt. An Stelle des ölbrenners übernimmt dann der übliche elektrische bz..·. dampf gespeiste Lufterhitzer des Klimaaggregates die Beheizung des Wagens.

Ein wesentlicher Nachteil der erwähnten bekannten Klimaanlage besteht nun darin, daß ein Kühlbetrieb während der heißen Jahreszeit bei abgestelltem Wagen nicht möglich ist.

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Dadurch, ergibt sich, beispielsweise in jenen lallen, v/o die zum Einsatz kommende Zugsgarnitur über einen längeren Zeitraum der unmittelbaren Sonnenbestrahlung ausgesetzt war,- eine für das Wohlbefinden der Fahrgäste störende Aufheizung des Wageninneren, die 'erst nach einer gev/issen Fahrtstrecke durch die Kühlluftzufuhr aus dem Klimaaggregat 'wettgemacht wird ο

Es ist nun das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Klimaanlage der oben bezeichneten Art zu schaffen, welche unabhängig von jeder äußeren Energiezufuhr sowohl im Heizais auch im Kühlbetrieb gefahren werüen kann_o Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Kühlteil des Klimaaggregates in an sich bekannter -V/eise aus einem Kältemittelverdampfer besteht, der an einen von einem elektrisch beheizbaren Kaltdampfkessel betriebenen Kältemittelkreislauf angeschlossen ist, und daß der Kaltdampfkessel eine zusätz- -liche, mit Heizwasser aus dem vom Ölbrenner beheizten Wasserkreislauf beaufschlagbare Heizeinrichtung aufweist. Ler für den Heizbetrieb an sich vorhandene Ölbrenner wird daher in vorteilhafter Weise als Energiequelle für den Kühlteil des Klimaaggregates herangezogen, sodaß, unter Vermeidung eines nennenswerten baulichen sowie räumlichen und gewiehtsmäisigen Mehraufwandes, lediglich durch eine Erweiterung des vornan--denen Rohrsystemes ein unter allen Betriebsverhältnissen einsatzbereites, auch einen wirksamen Kühlbetrieb ermöglichendes Klimaaggregat entsteht. Dabei ist neben dem reinen Heiz- und Kühlbetrieb.erforderlichenfalls auch die Möglichkeit eines gemischten Klimabetriebes gegeben, bei dem sowohl der Lufterhitzer als auch der Kaltdampfkessel mit vom Ölbrenner erwärmtem Heizwasser beaufschlagt sind· Diese Betriebsweise berücksichtigt die bekannte Tatsache, daß auch im Kühlbetrieb teilweise Wärme benötigt wird, und zwar entweder für die Entfeuchtung der allenfalls bis unter den Taupunkt abgekühlten Luft durch Eachheizen oder zum Ausgleich der durch wechselnde Besetzung der Fahrgasträume hervorgerufenen Schwankungen des

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Wärmebedarfes bei mäßiger Kühlung.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die zusätzliche Heizeinrichtung aus einem im Kältemittelraum des Kaltdampfkessels angeordneten, vorzugsweise auch die elektrische Heizeinrichtung, z.B. Heizstäbe, enthaltenden Wasserbehälter, der über je eine Leitung mit dem vor und hinter dem Ölbrenner gelegenen Teil des Heizwasserkreislaufes verbunden ist. Dadurch ergibt sich eine sehr einfache und platzsparende Bauweise des über zwei verschiedene heiz-

einrichtungen verfügenden Kaltdampfkessels, wobei bei beiden Betriebsarten der Wasserinhalt des Wasserbehälters als Wärmeträger zur Beheizung des Kältemittels dient. Die vorgesehene Bauart läßt auch den gleichzeitigen Betrieb beider Heizeinrichtungen des Kaltdampfkessels in solchen Fällen zu, wo elektrische Energie zur Verfügung steht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem Ölbrenner im Heizwasserkreislauf eine z.B. aus zwei Magnetventilen bestehende Ventilanordnung nachgeschaltet, über die der bzw. die Lufterhitzer und bzw. oder der Kaltdampfkessel mit Heizwasser beaufschlagbar sind. Dadurch ist die Möglichkeit einer individuellen Regelbarkeit beider Zweige des Heizwasserkreislaufes gegeben, sodaß sowohl die Heizleistung als auch die Kälteleistung des Klimaaggregates bei Brennerbetrieb den betrieblichen Erfordernissen optimal angepaßt werden kann.

Zum Ausgleich von Wärmedehnungen in dem ausschließlich Druckwasser enthaltenden Heizwasserkreislauf ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ein an den Heizwasserkreislauf angeschlossenes Druckausgleichsgefäß vorgesehen, das eine Membrane enthalt, deren eine Seite vom Heizwasser beaufschlagt und deren andere Seite dem Druck eines mit Druckluft beaufschlagten Ausgleichsraumes ausgesetzt ist. In der Praxis hat sich die Aufrechterhaltung eines Druckes von etwa 6 atü im Ausgleichsraum als zweckmäßig erwiesen.

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Die Erfindung wird nachstehend an einem in der Zeichnungjdargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige Figur zeigt den schematischen Aufbau einer Zweikanal-Klimaanlage der erfindungsgemäßen Bauart.

Mit 1 ist das über ein Gebläse 2 je nach Stellung der dem Gebläse vorgeschalteten Regelklappe 3 mit Frischluft und bzw. oder Umluft beaufschlagte Klimaaggregat bezeichnet, von dem die beiden luftführenden Kanäle 4 und 5 ausgehen. Der erstere, den größeren Querschnitt aufweisende Luftkanal 4 dient in bekannter Weise zur Zufuhr eines ständig vorhandenen Grundanteiles temperierter Luft zu den Fahrgasträumen, dessen Temperatur zentral von einem nicht dargestellten Außenthermostaten geregelt ist, welcher die Außeneinflüsse auf die Temperatur im Wageninneren erfaßt und das Klimaaggregat dementsprechend steuert.

Der zweite, mit kleinerem Querschnitt ausgeführte Luftkanal 5 führt einen vorzugsweise auf einer konstanten Temperatur gehaltenen Zusatzluftstrom, der den einzelnen Fahrgasträumen über gesteuerte, nicht dargestellte Auslässe individuell zuteilbar ist, und der die durch wechselnde Besetzung der Fahrgasträume verursachten Schwankungen des jeweiligen Wärmebedarfes auszugleichen gestattet. Die Steuerung der einzelnen Auslässe des Zusatzkanales erfolgt dabei jeweils durch Raumthermostaten.

Das Klimaaggregat 1 umfaßt einen aus den Rohrschlangen eines Kältemittelverdampfers 6 bestehenden Kühlteil, welcher sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel über den gesamten luftführenden Querschnitt' des Klimaaggregates 1 erstreckt', und einen Heizteil, der aus zwei von Heizwasser beaufschlagten Lufterhitzern 7 und 8 besteht, die jeweils in einem der beiden Kanäle 4 und 5 angeordnet sind, sowie zwei, jeweils einem der beiden Kanäle zugeordneten elektrischen Lufterhitzer 9 und 10.

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. Der Kältemittelverdam.jf er 6 ist an einen an sich be kannten Kältemittelkreislauf angeschlossen, welcher einen mit Zvvei Heizeinrichcungen ausgestatteten Kalt dampfkessel 15 mit einem Kältemittelraum 20 aufweist. Der vom Kaltdampfkessel erzeugte gesättigte Kaltemitteldampf wird in einer Expansionsmaschine Ί6 auf Verflüssigungsdruck entspannt und in einem z.B. gebläsegekühlten Kondensator 17 niedergeschlagen. Eine von der Expansionsmaschine 16 angetriebene Umwälzpumpe 18 fuhrt das Kältemittelkondensat in den Kessel 15 zurück. Die Expansionsmaschine 16 treibt weiters einen Verdichter 11 an, der aus dem Verdampfer 6 über eine Leitung 12 Kältemitteldampf ansaugt und diesen bis auf den Verflüssigungsdruck verdichtet. Dieser Dampf wird über eine Leitung 13 ebenfalls dem Kondensator 17 zugeführt und in diesem verflüssigt. Der Kä.ltemittelkreis des Verdampfers 6 schließt sich über eine vom Kondensator 17 ausgehende Verbindungsleitung 13' mit darin eingeschaltetem Drosselventil 14.

Von den zur Verdampfung des Kältemittels im Kaltdampfkessel 15 vorgesehenen beiden Heizeinrichtungen ist die eine von elektrischen Heizstäben 19 gebildet, welche sich in einem in den Kältemittelraum 20 des Kessels hineinragenden wasserbehälter 21 befinden. Diese elektrische Heizeinrichtung setzt das Vorhandensein elektrischer Energie voraus und ist daher nur während des normalen Fährbetriebes bzw. bei Vorhandensein eines elektrischen A.nschlusses bei abgestelltem wagen einsatzbereit.

Um den Kaltdampfkessel 15 auch bei fehlender Energieversorgung von außen beheizen zu können, ist der Wasserbehälter ' c-1 an den Heizwasserkreislauf angeschlossen, der auch die beiden Lufterhitzer 7 und ii mit Heizwasser versorgt. Dieser Heizwasserkreislauf besteht aus einem von einem Ölbrenner 22 befeuerten wärmetauscher 23 mit einer von der Brennerflamme beheizten Rohrschlange 24, an die eine Umwälzpumpe 25 angeschlossen ist. Die Umwälzpumpe 25 fördert das im wärmetauscher <Lt> erhitzte Wasser einerseits über ein Magnetventil 26 und

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zwei diesem in paralleler Anordnung nachgeschaltete weitere Magnetventile 27 und 28 zu den beiden Lufterhitzern 7 und 8, von denen das im Luftstrom abgekühlte wasser über eine Rückführleitung 29 an den Eingang 30 des Wärmetauschers 23 zurückgeführt wird.

Die Druckseite der Umwälzpumpe 25 steht andererseits über ein weiteres Magnetventil 31 und eine Leitung 32 mit dem Wasserbehälter 21 des Kaitdampfkesseis 15 in Verbindung, von dem eine ebenfalls zum Eingang 30 des Wärmetauschers 23 zurückführende Leitung 33 ausgeht.

Zur Vermeidung einer örtlichen Überhitzung im Heizwasserkreislauf erfplgt bei Ausfall der Umwälzpumpe 25 eine selbsttätige Abschaltung des Ölbrenners 22.

Dem Heizwasserkreislauf ist auch noch ein Druckausgleichsgefäß 34 zugeordnet, welches Wärmedehnungen in dem durchwegs Druckwasser führenden Heizwasserkreislauf auszugleichen gestattet. Das Druckausgleichsgefäß 34 enthält zu diesem Zweck eine Membrane 35» deren eine Seite über eine Verbindungsleitung 36 mit Heizwasser beaufschlagt ist und deren andere Seite einen kusgleichsraum 37 begrenzt, in dem ein Luftdruck von etwa 6 atü aufrecht erhalten wird. An den Ausgleichsraum 37 ist weiters über ein Ventil 38 noch ein Manometer 39 angeschlossen.

Für die dargestellte Klimaanlage ergibt sich nun folgende Betriebsweise; wenn am jeweiligen Standort des mit der Klimaanlage ausgerüsteten Wagens keine elektrische Anschlußmöglichkeit vorhanden ist, können weder die in normalen Fahrbetrieb ausschließlich verwendeten elektrischen Lufterhitzer 9 und 10 noch die elektrische Heizeinrichtung 19 des Kaltdampfkessels 15 in Betrieb genommen werden. Um die Klimaanlage trotz der fehlenden Energieversorgung von außen in Betrieb nehmen zu können, wird daher der Ölbrenner 22 gezündet und die Umwälzpumpe 25 eingeschaltet. Soll die Klimaanlage in reinem Heizbetrieb gefahren werden, so ist lediglich

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das Magnetventil 26 zu öffnen, wogegen das die Zufuhr von Heizwasser zum Kaltdampfkessel 15 steuernde Magnetventil 31 geschlossen bleibt. Das Heizwasser strömt daher ausschließlich zu den Lufterhitzern 7 bzw. 8, wobei je nach Bedarf durch Schließen eines der beiden Ventile 27, 28 einer der beiden Lufterhitzer abgeschaltet werden kann. Die Rückführleitung 29 ergänzt diesen Heizkreislauf zu einem in sich geschlossenen System. Diese Betriebsweise entspricht der einer bekannten Klimaanlage mit ölbefeuerter Zusatzheizung.

Im reinen Kühlbetrieb bleibt hingegen das Magnetventil 26 geschlossen und das gesamte Heizwasser strömt über das hiezu geöffnete Magnetventil 31 in den Wasserbehälter 21 der Kaltdampfmaschine 15, um nach Abkühlung über die Leitung 33 wieder zum Wärmetauscher 23 zu gelangen. Es entsteht daher, ähnlich wie beim reinen Heizbetrieb, wieder ein in sich geschlossener Heizwasserkreislauf, der sich nunmehr auf die Beheizung des Kaltdampfkessels 15 beschränkt. Das im Kessel 15 verdampfende Kältemittel liefert daher die für den Betrieb des Kälteteils der Klimaanlage benötigte Energie.

Für gemischten Klimabetrieb, bei dem sowohl Kühlluft als auch Warmluft benötigt wird, bleiben beide Magnetventile 26 und 31 geöffnet, sodaß sowohl üer Kältemittelverdampfer 6 als auch die beiden Lufterhitzer 7 und 8 einsatzbereit sind. Dadurch ergeben sich die selben Betriebsmöglichke&ten des Klimaaggregates wie im normalen Fährbetrieb.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche ;

Klimaanlage für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit einem luftbeaufschlagten Klimaaggregat, dessen Heizteil wenigstens einen von Heizwasser durchströmten Lufterhitzer aufweist, der an einen von einem Ölbrenner beheizten Wasserkreislauf angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Kühlteil des Klimaaggregates (1) in an sich bekannter Weise aus einem Kältemittelverdampfer (6) besteht, der an einen von einem elektrisch beheizbaren Kaltdampfkessel (15) betriebenen Kältemittelkreislauf angeschlossen ist, und daß der Kaltdampfkessel (15) eine zusätzliche, mit Heizwasser aus dem vom Ölbrenner (22) beheizten Wasserkreislauf beaufschlagbare Heizeinrichtung (21) aufweist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Heizeinrichtung aus einem im Kältemittelraum (20) des Kaltdampfkessels (15) angeordneten, vorzugsweise auch die elektrische Heizeinrichtung, z.B. Heizstäbe (19)» enthaltenden Wasserbehälter (21) besteht, der über ;je eine Leitung (32, 33) mit dem vor und hinter dem Ölbrenner (22) gelegenen Teil des Heizwasserkreislaufes verbunden ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ölbrenner (22) im Heizwasserkreislauf eine z.B.

aus zwei Magnetventilen (26, 31) bestehende Ventilanordnung nachgeschaltet ist, über die der bzw. die Lufterhitzer (7, 8) und bzw. oder der Kaltdampfkessel (15) mit Heizwasser beaufschlagt sind.

4. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch ein an den Heizwasserkreislauf angeschlossenes Druckausgleichsgefäß (34), das eine Membrane (35) enthält, deren eine Seite vom Heizwasser beaufschlagt und deren andere Seite dem Druck eines mit Druckluft beaufschlagten Ausgleichsraumes (37) ausgesetzt ist.

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