DE2308839B2 - SINGLE CHANNEL AIR CONDITIONING SYSTEM FOR RAIL VEHICLES - Google Patents
SINGLE CHANNEL AIR CONDITIONING SYSTEM FOR RAIL VEHICLESInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einkanal-Klimaanlage für Schienenfahrzeuge, mit einem einen Heizteil und einen Kühlteil enthaltenden, luftbeaufschlagten Klimaaggregat, das einen den Fahrgasträumen ständig zuströmenden, den Heiz- oder Kühlbedarf des vollbesetzten Wagens deckenden temperierten Luftstrom liefert, und mit von Raumthermostaten gesteuerten Nachheizkörpern ium Ausgleich von Bedarfsdifferenzen in den Fahrgasträumen. The invention relates to a single-channel air conditioning system for Rail vehicles with an air-conditioned air conditioning unit containing a heating part and a cooling part, the one constantly flowing into the passenger compartments, the heating or cooling requirement of the fully occupied car provides an opaque temperature-controlled air flow, and with after-heating elements controlled by room thermostats To compensate for differences in demand in the passenger compartments.
Bei diesen bekannten Klimaanlagen wird die gesamte Luft durch einen Kanal in das Wageninnere gefördert, wobei die Heizung oder Kühlung stets so bernes- »en ist, daß bei vollbesetztem Wagen eine vorbestimmte Innentemperatur, beispielsweise 20°C ständig aufrecht erhalten wird. Durch eine von der Vollbesetzung abweichende Besetzung einzelner Abteile oder durch das öffnen von Fenstern oder Türen entsteht in den betreffenden Abteilen ein zusätzlicher Wärmebedarf, welcher durch die vom Raumthermostaten gesteuerten Nachheizkörper gedeckt werden muß. Die Nachheizkörper, die sich entweder im Luftstrom befinden, oder als Konvektionsheizkörper in den Fahrgasträumen angeordnet sind, werden aus Sicherheitsgründen meist nicht mit Hochspannung aus der Hauptheizleitung gespeist, sondern mit einer Spannung von 220 Volt, die einem Umformeraggregat entnommen wird. Der Nachteil einer solchen Ausführung liegt hauptsächlich darin, daß der Umformer wesentlich größer bemessen werden muß, als dies für die Klimatisierung bei den gebräuchlichen Anlagen der Fall ist, und dieser Umformer unbedingt auch im Kühlbetrieb eingeschaltet sein muß. Ein weiterer Nachteil besteht noch darin, daß bei rei- 6S nen Luftheizungsanlagcn, bei denen kein Kälteteil vorhanden ist, entweder auf die Hochspannung zurückgegriffen werden muß, was neben der erhöhten GefahrIn these known air conditioning systems, the entire air is conveyed through a duct into the interior of the car, the heating or cooling being always so improved that a predetermined internal temperature, for example 20 ° C., is constantly maintained when the car is fully occupied. If individual compartments are not fully occupied or if windows or doors are opened, additional heat is required in the relevant compartments, which must be covered by the after-heating elements controlled by the room thermostat. The after-heating elements, which are either in the air flow or are arranged as convection heating elements in the passenger compartments, are usually not fed with high voltage from the main heating line for safety reasons, but with a voltage of 220 volts, which is taken from a converter unit. The disadvantage of such an embodiment is mainly that the converter must be made much larger than is the case for air conditioning in the conventional systems, and this converter must also be switched on in cooling mode. A further disadvantage consists in the fact that must be resorted in pure 6 S NEN Luftheizungsanlagcn in which no refrigerant part is present either on the high voltage, which in addition to the increased risk
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für die Reisenden auch noch eine komplizierte Verkabelung bedingt, oder aber auch hier ein sehr aufwendiges Umformeraggregat verwendet werden muß. Gerade bei Luftheizungsanlagen scheint jedoch ein solcher Aufwand aus Wirtschaftlichkeitsgründen kaum vertretbar. For the travelers it also requires complicated cabling, or here, too, a very complex one Converter unit must be used. However, this seems to be the case with air heating systems in particular For reasons of economy, the effort is hardly justifiable.
Aus der Zeitschrift »Eisenbahntechnische Rundschau« 4/1962, Seiten 153 bis 167, ist eine Überdruck-Luftheizanlage für Reisezugwagen mit regelbaren Warmwasserheizkörpern bekannt, bei der also an Stelle von Primärheizenergie ein sekundärer Heizwärmeträger verwendet wird. Dadurch ergibt sich zwar die Möglichkeit einer individuellen Temperaturregelung in den Fahrgasträumen, ohne daß die zugeführte Heizluftmenge verändert wird. Da die bekannte Anlage über kein eigenes rCältemittelsystem verfügt, besteht bei sommerlichen Temperaturverhältnissen keine Möglichkeit zur Aufrechterhaltung einer einheitlichen Solltemperatur in den Fahrgasträumen unter Berücksichtigung der jeweiligen Besetzungsverhältnisse.From the magazine "Eisenbahntechnische Rundschau" 4/1962, pages 153 to 167, is an overpressure air heating system known for passenger coaches with adjustable hot water radiators, so in place a secondary heating medium is used from primary heating energy. This results in the Possibility of individual temperature control in the passenger compartments without reducing the amount of hot air supplied is changed. Since the known system does not have its own refrigerant system, there is summer temperature conditions no possibility of maintaining a uniform target temperature in the passenger compartments, taking into account the respective occupancy.
Aus der Zeitschrift »Deutsche Eisenbahntechnik« Jahrgang 15, 3/1967, Seiten 121 bis 126, ist eine Flüssigkeitsheizanlage für Schienenfahrzeuge bekannt, die als reine Heizanlage gleichfalls über kein eigenes Kälteerzeuguiigssystem verfügt. Bei der bekannten Anlage werden sowohl der Lufterhitzer als auch die in den einzelnen Abteilen vorgesehenen Konvektionsheizkörper von Warmwasser als sekundärem Wärmeträger gespeist, wobei die Abteilheizkörper dabei die Aufgabe der Grundbeheizung der Fahrgasträume übernehmen, wogegen die Belüftung der Abteile durch eine hiervon baulich völlig getrennte, an den Lufterhitzer angeschlossene Druckbelüftungsanlage mit Auslässen im Deckenbereich erfolgt. Für die insgesamt in Serie geschalteten AbteiSheizkörper ist ein einziges Regelventil vorgesehen, und auch die Druckbelüftungsanlage weist keine individuelle Regelbarkeit auf, durch die in den einzelnen Abteilen entstehendt Wärmebedarfsdifferenzen ausgeglichen werden könnten.From the magazine "Deutsche Eisenbahntechnik" Volume 15, 3/1967, pages 121 to 126, is a liquid heating system known for rail vehicles, which as a pure heating system also do not have their own refrigeration system disposes. In the known system, both the air heater and in the individual Convection radiators provided for compartments fed by hot water as a secondary heat transfer medium, whereby the compartment radiators take on the task of basic heating of the passenger compartments, on the other hand, the ventilation of the compartments is through a structurally completely separate one that is connected to the air heater Pressure ventilation system with outlets in the ceiling area takes place. For the total connected in series AbteiSheizkörper a single control valve is provided, and the pressure ventilation system has There is no individual controllability due to the differences in heat demand in the individual compartments could be offset.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einkanal-Klimaanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl im Heiz- als auch im Kühlbetrieb eine individuelle Temperaturregelung in den einzelnen Abteilen auf eine gegenüber der bekannten Ausführung weitaus wirtschaftlichere und energiesparendere Weise ermöglicht. Dabei sollen auch die Nachteile der erwähnten, bekannten Luftheizanlagen vermieden werden. The invention is now based on the object of providing a single-channel air conditioning system of the type mentioned at the beginning create an individual temperature control in each of the heating and cooling modes Compartment in a far more economical and energy-saving way compared to the known design enables. The disadvantages of the known air heating systems mentioned should also be avoided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der von einem Warmwasserlufterhitzer gebildete Heizteil des Klimaaggregates und die Nachheizkörper in an sich bekannter Weise an einen elektrisch beheizten Warmwasserkessel anschließbar sind, und daß der Warmwasserkessel einen Wärmetauscher enthält, der als in den Kältemittelkreislauf des Klimaaggregates vor dem Kondensator einschaltbarer Zusatzkondensator ausgebildet ist, wobei zwischen dem Warmwasserkessel und dem Lufterhitzer ein in an sich bekannter Weise zentral gesteuertes Magnetventil eingeschaltet ist, die Heizleistung der Nachheizkörper je über ein von den Raumthermostaten betätigtes Magnetventil geregelt sind und der Wärmetauscher über ein Magnetventilpaar in den Kältemittelkreislauf einschaltbar ist.This object is achieved according to the invention in that the one formed by a hot water air heater Heating part of the air conditioning unit and the after-heating element in a conventional manner to one electrically heated hot water boiler can be connected, and that the hot water boiler contains a heat exchanger, the additional condenser that can be switched on in the refrigerant circuit of the air conditioning unit upstream of the condenser is formed, with a in itself between the hot water boiler and the air heater As is known, centrally controlled solenoid valve is switched on, depending on the heating output of the post-heating element are controlled by a solenoid valve operated by the room thermostat and the heat exchanger by a pair of solenoid valves can be switched into the refrigerant circuit.
Die Erzeugung der gesamten, im Heiz- wie auch im Kühlbetrieb benötigten Wärme zum Betrieb des Lufterhitzers, der Zusatzheizkörper, zur Beheizung der Nebenräume und zur Brauchwasserbereitung erfolgt alsoThe generation of all the heat required in heating and cooling mode to operate the air heater, the additional radiator, for heating the adjoining rooms and for domestic hot water preparation, takes place
t*.t *.
zentral im Warmwasserkesse!. Dieser ist mit zwei Heizsystemen, nämlich der elektrischen Heizeinrichtung und dem vom Zusatzkondensatcr des Kältemittelkreislaufes gebildeten Wärmetauscher ausgestattet Infolgedessen entfällt im Kühlbetrieb der zusätzliche Energiebedarf des Umformers und die Zusatzheizkörper bleiben dennoch voll einsatzfähig. Dies führt zu einer nicht unbeträchtlichen Ersparnis an Heizenergie im Kühlbetrieb, was für Klimaanlagen mit hohem Anschlußwert von beträchtlicher Bedeutung istcentrally in the hot water boiler !. This is with two heating systems, namely the electric heater and the heat exchanger formed by the additional condenser of the refrigerant circuit In cooling mode, the additional energy requirement of the converter and the additional heating element are omitted still remain fully operational. This leads to a not inconsiderable saving in heating energy in cooling mode, what for air conditioning systems with high connected load is of considerable importance
Darüber hinaus werden durch die Erfindung die Vorteile einer zentralen Erzeugung der Heizenergie im Warmwasserkessel, der einerseits eine relativ große Wärmespeicherfähigkeit besitzt und andererseits gegen Wärmeverluste durch entsprechende Isolation wirksam abgeschirmt werden kann, voll ausgenützt Hinzu kommt noch die hohe Betriebssicherheit der nahezu wartungsfreien, warmwassergespeisten Nachheizkörper. Durch die erwähnte Anordnung der Magnetventile wird mit einfachen Mitteln eine vollautcmatisehe Funktion der Klimaanlage sowohl im Heiz- als auch im Kühlbetrieb gewährleistet.In addition, the advantages of a central generation of heating energy in the Hot water boiler, which on the one hand has a relatively large heat storage capacity and on the other hand against Heat losses can be effectively shielded by appropriate insulation, fully utilized In addition, there is the high operational reliability of the almost maintenance-free, hot water-fed post-heating elements. With the aforementioned arrangement of the solenoid valves, a fully automatic system is achieved with simple means The function of the air conditioning system is guaranteed in both heating and cooling mode.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand ir, der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. la und Ib eine schematische Obersicht einer Einkanal-Klimaanlage,Fig. La and Ib a schematic overview of a Single-channel air conditioning,
Fig.2 den Querschnitt einer ersten Ausführungsform einer Mischeinrichtung für eine Klimaanlage,2 shows the cross section of a first embodiment a mixing device for an air conditioning system,
F i g. 3 den Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles einer solchen Mischeinrichtung und F i g. 3 shows the cross section of a further exemplary embodiment of such a mixing device and
F i g. 4 eine Vorderansicht der Mischeinrichtung nach F i g. 3 in Richtung des Pfeiles IV gesehen.F i g. 4 is a front view of the mixing device according to FIG. 3 seen in the direction of arrow IV.
Zur Klimatisierung des in der linken Bildhälfte der is Fig. la schematisch im Grundriß dargestellten Eisenbahnwagens 1 ist, wie aus dem schematischen Aufriß in Fig. Ib ersichtlich, ein Klimaaggregat 2 vorgesehen, welches mittels eines Gebläses 4. je nach Stellung der vorgeschalteten Umluftklappe 3 mit Frisch-, Misch- oder Umluft beaufschlagbar ist. Die angesaugte Luft gelangt über ein Filter 5, einen Kältemitielverdampfer 6 und einen Warmwasserlufterhitzer 7 in den zu den einzelnen Abteilen Λι und A2 führenden Luftkanal 8. In jedem Abteil weist der Kanal 8 Luftaustrittsöffnungen 9 auf; oberhalb der öffnungen befindet sich in jedem Abteil eine Mischeinrichtung 10.For the air conditioning of the railroad car 1 shown schematically in plan in the left half of FIG Fresh, mixed or circulating air can be acted upon. The air drawn in passes through a filter 5, a refrigerant evaporator 6 and a warm water air heater 7 into the air duct 8 leading to the individual compartments Λι and A2 . In each compartment, the duct 8 has air outlet openings 9 ; A mixing device 10 is located in each compartment above the openings.
Der den Kältemittelverdampfer 6 speisende, in an sich bekannter Weise aufgebaute Kältemittelkreislauf 11 wird hier nicht näher beschrieben.The refrigerant circuit which feeds the refrigerant evaporator 6 and is constructed in a manner known per se 11 is not described in detail here.
Der Warmwasserlufterhitzer 7 des Klimaaggregates 2 ist einerseits über ein zentral gesteuertes Magnetventil
12 an die Vorlaufleitung 13 und mit dem anderen Ende an die Rücklaufleitung 14 eines elektrisch beheizten
Warm Wasserkessels 15 angeschlossen. In den Kesselvorlauf 13 ist eine Umwälzpumpe 16 eingeschaltet.
Die Beheizung des Warmwasserkessels 15 erfolgt durch elektrische Heizstäbe 17 und einen zusätzlichen
Wärmetauscher 18, dessen Rohrschlange über ein Magnetventilpaar 19 mit Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf
11 beaufschlagbar ist. Der Wärmelauscher 18 ist dem Kondensator 20 des Kältemittelkreislaufes 11
vorgeschaltet und bildet somit einen zusätzlichen Kondensator, der im Kühlbetrieb des Klimaaggregates 2
Wärme an den Wasserinhalt des Kessels 15 abgibt. Der Warmwasserkessel 15 ist mit einem Temperaturfühler
21 ausgestattet und mit einem Ausgleichsgefäß 22 ver bunden. welches in bekannter Weise die Wärmeau*-
dehnung im Warmwassersystem kompensiert.
Vom Kesselvorlauf 13 zweigt eine VerteilerleitungThe hot water air heater 7 of the air conditioning unit 2 is connected on the one hand to the flow line 13 via a centrally controlled solenoid valve 12 and on the other end to the return line 14 of an electrically heated hot water boiler 15. A circulation pump 16 is switched on in the boiler flow 13. The warm water boiler 15 is heated by electrical heating rods 17 and an additional heat exchanger 18, the pipe coil of which can be charged with refrigerant from the refrigerant circuit 11 via a pair of solenoid valves 19. The heat exchanger 18 is connected upstream of the condenser 20 of the refrigerant circuit 11 and thus forms an additional condenser which gives off heat to the water content of the boiler 15 when the air conditioning unit 2 is in cooling mode. The hot water boiler 15 is equipped with a temperature sensor 21 and ver with an expansion tank 22 related. which in a known way compensates for the expansion of heat * in the hot water system.
A distribution line branches off from the boiler flow 13
23 ab, die im wesentlichen in Längsrichtung des Wagens verläuft und an die in jedem Abteil ein Nachheizkörper 24 im Bypass über ein Magnetventil 25 angeschlossen ist Die Steuerung der Magnetventile 25 erfolgt durch in den einzelnen Abteilen vorgesehene Raumthermostaten 26.23 from, which runs essentially in the longitudinal direction of the car and to which an after-heater in each compartment 24 is connected in the bypass via a solenoid valve 25. The solenoid valves 25 are controlled by room thermostats 26 provided in the individual compartments.
An die Verteilerleitung 23 sind auch in den Nebenräumen Bund im Korridor Cdes Wagens vorgesehene weitere Heizkörper 27 angeschlossen. Die Verteilerleitung 23 führt in nicht dargestellter Weise zum Kesselrücklauf 14 zurück.The distribution line 23 is also provided in the adjoining rooms Bund in the corridor C of the car further radiators 27 connected. The distribution line 23 leads to the boiler return in a manner not shown 14 back.
Die Steuerung des Klimaaggregates 2 erfolgt in bekannter Weise mittels eines Außenthermostaien, und zwar derart, daß der über den Kanal 8 den Abteilen zuströmende temperierte Luftstrom den Heiz- bzw. Kühlbedarf des vollbesetzten Wagens deckt, so daß in sämtlichen Abteilen die vorbestimmte Innentemperatur, z. B. 200C, aufrechterhalten wird. Wenn sich nun in einem der Fahrgastraume, beispielsweise im Abteil -4:, eine gegenüber der Vollbesetzung geringere Anzahl von Fahrgästen befindet, vermag der durch den Kanal 8 zugeführte Luftstrom den vermehrten Wärmebedarf nicht mehr allein zu decken, so daß die Temperatur im Abteil Ai absinkt, der Raumthermostat 26 anspricht und das Magnetventil 25 aufsteuert. Damit wird der betreffend Nachheizkörper 24 in die Verteilerleitung 23 eingeschaltet und liefert nun zusätzlich Wärme in das Abteil Ai, bis der Raumthermostat 26 bei Wiedererreichen der vorbestimmten Innentemperatur erneut anspricht und das Magnetventil 25 schließt.The air conditioning unit 2 is controlled in a known manner by means of an external thermostat, in such a way that the tempered air stream flowing into the compartments via the channel 8 covers the heating or cooling requirements of the fully occupied car, so that the predetermined internal temperature, e.g. B. 20 0 C, is maintained. If there is a lower number of passengers in one of the passenger compartments, for example in compartment -4 :, compared to the full occupancy, the air flow supplied through channel 8 is no longer able to cover the increased heat demand alone, so that the temperature in compartment Ai drops , the room thermostat 26 responds and the solenoid valve 25 opens. Thus, the related post-heating element 24 is switched into the distributor line 23 and now supplies additional heat to the compartment Ai until the room thermostat 26 responds again when the predetermined internal temperature is reached again and the solenoid valve 25 closes.
Im Kühlbetrieb liefert der in den Kältemittelkreislauf 11 eingeschaltete Wärmetauscher 18 die zur Beheizung des Warmwasserkessels 15 erforderliche Wärme. Da auch die Kühlleistung des Klimaaggregates 2 für den vollbesetzten Wagen ausgelegt ist, bedarf es zur Aufrechterhaltung der vorbestimmten Innentemperatur in nicht vollbesetzten Abteilen einer zusätzlichen Beheizung durch die Nachheizkörper 24. Die Steuerung der Magnetventile 25 durch die Thermostaten 26 erfolgt dabei in analoger Weise wie beim Heizbetrieb.In the cooling mode, the heat exchanger 18 connected to the refrigerant circuit 11 supplies the heat exchanger of the hot water boiler 15 required heat. Since the cooling capacity of the air conditioning unit 2 for the fully occupied car is designed, it is necessary to maintain the predetermined internal temperature in not fully occupied compartments an additional heating by the after-heating element 24. The control of the Solenoid valves 25 through the thermostats 26 take place in a manner analogous to that in heating mode.
Die Nachheizkörper 24 werden, wie die F i g. 2 bis 4 zeigen, vorteilhafterweise mit der in jedem Abteil vorgesehenen Mischeinrichtung 10 baulich vereinigt. Bei der Ausführung nach F i g. 2 ist der Nachheizkörper 24 in dem vertikal nach aufwärts führenden, oben offenen Schacht 28 der Mischeinrichtung 10 oberhalb der Luftaustrittsöffnungen 9 des Kanals 8 angeordnet. Der Heizkörper 24 ist über einen zum Abteil hin offenen Lufteintrittsspalt 29 zusätzlich mit Raumluft beaufschlagt. Die Verteilerleitung 23 verläuft entlang dem Luftkanal 8 und ist durch eine Haube 30 abgedeckt. Der über die öffnungen 9 einströmende temperierte Luftstrom vermischt sich im Bereich des NachheizkörpersThe after-heating elements 24 are, as shown in FIG. Figures 2 to 4 show, advantageously with that provided in each compartment Mixing device 10 structurally combined. In the embodiment according to FIG. 2 is the post-heating element 24 in the vertically upwardly leading, open-topped shaft 28 of the mixing device 10 above the air outlet openings 9 of the channel 8 arranged. The heating element 24 is open to the compartment Air inlet gap 29 is additionally acted upon with room air. The manifold 23 runs along the Air duct 8 and is covered by a hood 30. The tempered air stream flowing in via the openings 9 mixes in the area of the after-heater
24 mit der über den Spalt 29 eintretenden Raumluft und wird zusammen mit dieser vom Heizkörper 24 zusätzlich erwärmt.24 with the room air entering via the gap 29 and is additionally fed together with this by the heating element 24 warmed up.
Besonders vorteilhaft ist es, den Heizkörper 24, wie aus F i g. 3 und 4 ersichtlich, im Bereich zwischen den Luftaustrittsöffnungen 9 und einem zum Abteil hin offenen Lufleintrittsspalt 31 samt der Verteilerleitung 23 in einer Einbuchtung 32 des Luftkanals 8 raumsparend unterzubringen. Auf diese Weise wird der Heizkörper 24 gegen Verschmutzung durch von oben her in den Schacht 28 eindringenden Staub geschützt.It is particularly advantageous to use the heating element 24, as shown in FIG. 3 and 4 can be seen in the area between the Air outlet openings 9 and an air inlet gap 31, which is open towards the compartment, together with the distributor line 23 To be accommodated in an indentation 32 of the air duct 8 in a space-saving manner. This is how the radiator becomes 24 protected against contamination by dust penetrating into the shaft 28 from above.
Die Mischeinrichtung 10 wird in der Regel /ur BiI dung eines Warmluftschleiers vor der AbteilfensterrThe mixing device 10 is usually / ur BiI formation of a warm air curtain in front of the compartment window
unmittelbar im Bereich unter den Abteilfenstern angeordnet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, Luftaustrittsöffnungen und gegebenenfalls auch Nachheizkörper unter den Sitzbänken 33 in den Fahrgasträumen anzuordnen.arranged directly in the area under the compartment windows. But there is also the possibility of air outlet openings and possibly also after-heating elements under the bench seats 33 in the passenger compartments to arrange.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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