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Klimaanlage, insbesondere für Eisenbahnfahrzeuge Die Erfindung betrifft
eine Klimaanlage, insbesondere für Eisenbahnfahrzeuge, deren Klimaaggregat als Kühlteil
einen mit verflüssigtem Kältemittel eines Kälteerzeugungssystems, insbesondere einer
wärmebetriebenen Ealtdampfmaschine, gespeisten, im Luftstrom angeordneten Kältemittelverdampfer
aufweist.
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Bei diesen bekannten Klimaanlagen sind außer dem Kühlteil noch Wärmeerzeugungsanlagen
zur Heizung, wie elektrische Heizregister, ölbrenner oder Dampfheizung erforderlich.
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Dabei ergibt sich, insbesondere bei Verwendung unterschiedlicher Energieformen
für Heiz- und Kühlzwecke, ein verhältnismäßig komplizierter Aufbau der Klimaanlage
und ein entsprechend großer Platzbedarf.
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Bei Kompressor-Kälteanlagen ist es bekannt, zum zeitweilig erforderlich
werdenden Abtauen des Verdampfers den Kompressor stillzusetzen nnd durch eine Leitunge-
UnA Ventilumechaltung unter Umgehen des Kompressors und der für die Kälteerzeugung
wirkeamen Entspannungseinrichtung für das dampfförmige Kältemittel die Beaufschlagung
des
Verdampfers mit dampfförmigem Kältemittel zu ermöglichen.
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Die Erfindung betrifft die Nutzbarmachung dieses Systems zur Beseitigung
der vorstehend angeführten Nachteile der bekannten Kithl- und ifeizanlagen und besteht
ihrem Grundgedanken nach darin, daß ein Teil des Kältemittelverdampfers oder in
an sich bekannter Weise der ganze Kältemittelverdampfer auf Heizbetrieb umschaltbar
ausgebildet ist und hiezu mit im Kaltdampfkessel des Kälteerzeugungssystems oder
in einer zusätzlichen Heizeinrichtung erhitztem bzw.
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verdampftem Kältemittel beaufschlagbar ist. Auf diese Weise können
die an sich vorhandenen Einrichtungen des Kälteerzeugungssystems nicht nur zur Kühlung,
sondern ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand auch zur heizung herangezogen werden.
In beiden Fällen bildet das Sältemittel den Wärmeträger, der mit der durch das Klimaaggregat
hindurchgeleiteten und den einzelnen Räumen des Eisenbahnfahrzeugs zugeführten Luft
in Wärmeaustausch tritt.
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Bei Klimaanlagen, bei denen nur reiner Heiz- oder Rühlbetrieb, nicht
aber Fntfeuchtungsbetrieb in Frage kommt, genügt es, einen einzigen Wärmetauscher
vorzusehen, der wahlweise im Kühlbetrieb mit verflüssigtem Kältemittel und im Heizbetrieb
mit erhitztem bzw. verdampftem kältemittel gespeist wird. Damit ergibt sich eine
sehr gedrängte Bauart des Klimaaggregates mit wesentlichen Gewichts- und kostenersparnissen.
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Wenn dagegen nur ein Teil des Kältemittelverdampfers zur Heizung herangezogen
wird, kann die Anlage auch im Entfeuchtungsbetrieb gefahren werden, wobei die ins
Kliraaaggregat eintretende Luft in dem in Strömungsrichtung an erster Stelle gelegenen
Teil des Kältemittelverdampfers gekühlt ud entfeuchtet und danach in dern auf Heizbetrieb
geschalteten Teil des Wärmetauschers auf die jeweils gewünschte Temperatur aufgeheizt
wird, Die Verwendung nur eines Teiles des Verdampfers zu Heizzwecken ist deshalb
möglich,
weil die zur Verfügung stehenden Temperaturdifferenzen im Heizbetrieb wesentlich
höher liegen als im Kühlbetrieb. Es wird dabei trotz der kleineren zur Verfügung
stehenden Wärmeaustauschfläche eine größere Wrmemenge übertragen. Es wird daher
auch im reinen ileizbetrieb eine ausreichende Erwärmung der den Fahrgasträumen und
Nebenräumen des Eisenbahnwagens zugeführten Luft sichergestellt.
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Bei einer Klimaanlage mit aus dem Kaltdampfkessel gespeister, mit
dem Kältemittelverdichter antriebsverbundener Expansionsmaschine mit nachgeschaltetem
Kondensator und Sammelflasche fUr das verflüssigte Kältemittel und mit eingangseitig
mit der Sammelflasche und ausgangseitig mit der Saugseite des Kältemittelverdichters
verbundenem lialtemittelverdampfer ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
daß der Kiltemittelverdampfer oder ein Teil desselben eingangseitig über eine steuerbare
Verbindungsleitung an den Kaltdampfkessel anschließbar und ausgAn;-seitig über eine
gleichfalls steuerbare Verbindungsleitung mit einer zwischen der Sammelflasche und
einem dem Kondensator nachgeschalteten Rückschlagventil gelegenen Stelle des Kälteerzeugungssystems
verbindbar ist. Damit wird im Heizbetrieb der Kältemittelkreiolauf unter Umgehung
des die Expansionsmaschine mit dem Verdichter und den Kondensator umfassenden Anlagenteile
über den als Heizkörper betriebenen Kältemittelverdampfer geschlossen. Die Expansionsmaschine-und
der Verdichter sind daher im reinen heizbetrieb ausgeschaltet. Das dem Kondensator
nachgeschaltete Hückschlagventil verhindert dabei ein Rückströmen des Xältemittels
in den Kondensator. Wenn hingegen ein Teil des Verdampfers auf Kühlbetrieb und der
andere Teil auf lieizbetrieb gefahren werden soll, bleibt die Expansionsrnasciiine
mit enteprechend gedrosselter Leistung in Betrieb und das vom Kaltdampfkessel oder
einer zusätzlich vorhandenen ileizeinrichtung aufgehizte bzw. verdampfte Kältemittel
wird teils der Expansionsmaschine und teils dem als Heizkörper
betriebenen
Teil des Kältemittelverdampfers zugeführt.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist in die kältemittelleitungen
von der Sammelflasche zum Verdampfer, Vom Kaltdampfkessel zum Verdampfer und vom
Kaltdampfkessel zur Expansionsmaschine je ein Magnetventil eingeschaltet. l.lie
Anlage kann dann zentral auf die Betriebsarten Iteizung, Kühlung und Entfeuchtungobetrieb
in einfacher Weise wngesteuert werden.
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Schließlich kann erfindungsgemäß in die Kältemittelleitung vom Verdampfer
zum Verdichter ein z.B. magnetgesteuertes Dreiwegventil eingeschaltet sein, von
dem die Verbindungsleitung zu der zwischen der Sammelflasche und dem liückschlagventil
gelegenen Stelle des Kälteerzeugungssystems abzweigt, Somit ist nur ein einziges
Steuerglied vorhanden, welches die Rückleitung des Kältemittels zur Sammelflasche
bzw. zum Verdichter des Kälteerzeugungssystems steuert.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Schema einer bekannten Klimaanlage, deren
Kühlteil nach dem Prinzip der wärmebetriebenen Kaltdampfmaschine gestaltet ist,
Fig. 2 eine Klimaanlage nach der Erfindung in ihrer einfachsten Gestaltungsform,
Fig. 3 ein abgewandeltes Ausflihrungsbeispiel einer auch für gemischten Heiz- und
Kühlbetrieb verwendbaren Klimaanlage nach der Erfindung und Fig. 4 ein weiteres
Ausbildungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Klimaanlage mit Zusatzheizung.
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Die bekannte Klimaanlage nach Fig. 1 verfügt über getrennte Luftaufbereitungseinrichtungen
für den eiz- und Kühlbetrieb. Das Kälteerzeugungssystem umfasst einen biespielsweise
durch eine Ölfeuerung oder durch elektrische Heizstäbe beheizten Kaltdampfkessel
1, in welchem das flüssige Kältemittel verdampft wird. Der Kältemitteldampf gelangt
über
eine Rohrleitung 2 in eine Expansionsmaschine (Kraftmaschine) 3, in welcher er auf
Kondensatordruck entspannt wird. Die dabei freiwerdende Arbeit dient zum Antrieb
des mit der Expansionsmaschine 3 gekuppelten hLiltekompressors 7. In dem der Expansionsmaschine
3 nachgeschalteten, gebläsegekühlten Kondensator 4 erfolgt die Verflüssigung des
Kältemittels. Das in der nachgeschalteten Sammelflasche 5 gespeicherte Kältemittel
wird von der Kesselspeisepumpe 6 in den Kaltdampfkessel zurückgefördert.
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Aus der Sammelflasche 5 wird das verflüssigte Kältemittel andererseits
über das Expansionsventil 8 dem im Luftstrom des Klimaaggregates 11 angeordneten
Kältemittelverdampfer 9 zugeleitet und von dort zur Saugseite des Kompressors 7
geführt. Der hältemittelkreis schließt sich über den an die Druckseite des Kompressors
7 angeschlossenen Kondensator 4 und die Sammelflaschs 5. Als Heizteil des Klimaaggregates
11 ist bei der bekannten Anlage ein zentrales Heizregister 10 vorgesehen, das im
Luftstrom hinter dem Verdampfer 9 an;P-ordnet ist. Bei anderen bekannten Klimaanlagen
treten iri den einzelnen Fahrgasträumen angeordnete Heizkörper an die Stelle eines
zentralen Heizregisters. Die Regelung des kühl teils der bekannten Klimaanlage erfolgt
beispielsweise mittels zweier Magnetventile 12, 13, von denen das eine 12 dem Expansionsventil
8 vorgeschaltet und das andere 13 in die Verbindungsleitung 2 zwischen Kaltdampfkessel
1 und Expansionsmaschine 3 eingeschaltet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Klimaanlage nach Fig. 2 werden Teile des
vorhandenen Kälteerzeugungssystems zur Beiieizung des Klimaaggregates 11 herangezogen.
Zu diesem Zweck ist eine von der Rohrleitung 2 zwischen Kaltdampfkessel 1 und Magnetventil
13 abzweigende, ein Magnetventil 15 enthaltende Verbindungsleitung 14 vorgesehen,
die unmittelbar zuin Eingang 9' des Kältemittelverdampfers 9 führt. Der Ausgang
9" des Verdampfers 9 ist über ein magnetgesteuertes Dreiwegventil 16 wahlweise mit
der Saugseite des Kompressors 7
oder über eine weitere Verhindungsleitung
17 mit einer zwischen der Sammelflascbe 5 und einem dem Kondensator 4 nachgeschalteten
Rückschlagventil 18 gelegenen Stelle 19 des Kältemittelkreislaufes verbindbar.
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Diese Anordnung ermöglicht es, den Verdampfer 9 wahlweise mit verflüssigtem
Wälternittel aus der Sammelflasche 5 zu speisen und ihn damit, wie im bekannten
Fall, als Kühlteil des Klimaaggregates 11 zu benutzen, oder aber dem Verdampfer
9 über die Verbindungsleitung 14 Kältemitteldampf aus dem Kaltdarnpfkessel 1 zuzuführen
und den Verdampfer 9 somit als Heizteil des Klimaaggregates 11 zu betreiben. Bas
Kältemittel wird dabei unter Wärmeabgabe an die durch da Klimaaggregat 11 hindurchgehende
Luft verflüssigt und ueber das Dreiwegventil 16 und die Verbindungsleitung 17 in
die Sammelflasche 5 zurückgeleitet. Das Rückschlagventil 18 verhindert dabei ein
Rückströmen von Kältemittel in den i:ondensator 4.
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Im Kühlbetrieb der Klimaanlage sind die Magnetventile 12 und 13 geöffnet
und das Magnetventil 15 in der Verbindungsleitung 14 geschlossen. Das Dreiwegventil
16 befindet sich in jener Stellung, in der der Verdampferausgang 9" mit dem Verdichter
7 verbunden ist.
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Im Heizbetrieb wird hingegen die Expansionsmaschine 3 samt dem Kompressor
7 durch Schließen des Nagnetventils 13 stillgesetzt. Desgleichen bleibt auch das
Hagnetventil 12 geschlossen, wogegen das Magnetventil 15 geöffnet und das Dreiwegventil
16 in jene Stellung gebracht wird, in der der Ausgang 9'! des Verdampfers 9 mit
der Leitung 17 in Verbindung steht.
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Die erfindungsgemäße Klimaanlage nach Fig. 3 unterscheidet.
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sich vom vorgenannten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch,
daß der Kältemittelverdampfer 9 aus zwei im Luftstrom hintereinander angeordneten
Abschnitten 20 und 21 besteht,
die eingangeeitig über separate Expansionsventile
8 und Magnetventile 12 an die Sammelflasche 5 anschliebbar sind. Es besteht daher
die Möglichkeit, nur einen der beiden Verdampferabschnitte 20, 21 oder aber beide
Teile des Verdampfers mit flüssigem Kältemittel zu beschicken und damit zur Kühlung
der durch das Klimaaggregat 11 hindurchgehenden Luft heranzuziehen. Hingegen ist
nur der im Kühlluftstrom an zweiter Stelle gelegene Verdampferabschnitt 21 an die
tom Kaltdampfkessel 1 kommende Verbindungsleitung 14 angeschlossen. Der Verdampferabschnitt
21 ist daher sowohl als Kthl- ale auch als Heizteil des Klimaaggregates 11 zu verwenden.
Die Kältemittelrückführung vom Verdampferab schnitt 21- erfolgt wie bei der Klimaanlage
nach Fig. 2 über das Dreiwegventil 16 im Kühlbetrieb zum Kompressor 7 und im Heizbetrieb
zur Sammelflasche 5r Der Ausgang des Abschnitte 20 des hltemittelverdampferß 9 steht
hingegen dauernd mit der Saugseite des Kompressors 7 in Verbindung.
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Im reinen Heiz- bzw. Kühlbetrieb ergibt sich eine mit dem Beispiel
nach Fig. 2 übereinstimmende Arbeitsweise der Klimaanlage. Die geteilte Ausführung
des Verdampfers 9 ermöglicht es aber die klimaanlage nach Fig. 3 auch im Entfeuchtungsbetrieb
zu fahren. Zu diesem Zweck wird der Verdampferabschnitt 20 auf Kühlbetrieb, der
Verdampferabschnitt 21 hingegen auf Heizbetrieb geschaltet. Bei dieser Betriebsweise
sind die Magnetventile 1S und 14 wie auch das Magnettentil-12 des Verdampferabschnittes
20 geöffnet, wogegen das Magnetventil 12 des als Heizkörper betriebenen Abschnittes
21 geschlossen bleibt. Die durch das Klimaaggregat Ii hindurchgeführte Luft wird
daher zunächst im Verdampferabschnitt 20 bis unter den Taupunkt abgekühlt und entfeuchtet
und soda, in dem als Heizkörper betriebenen Verdampferabschnitt 21 auf die vorgesehene
Temperatur erwärmt.
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Die Ausführung der erfindungsgemäßen Klimaanlage nach Fig.
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4 unterscheidet sich von dem im Fig. 3 gezeigten System im wesentlichen
dadurch, daß dem z.B. ölbefeuerten galtdampfkessel 1 noch ein elektrisch beheizter
Zusatzkessel 22
in Reihe nachgeschaltet ist und daß anstelle eines
Dreiwegventils 16 an den Ausgang des Verdampferabschnittes 21 zwei separate, den
Kühlmittelrückfluß steuernde Magnetventile 23 und 24 angeschlossen sind.