DE3313407A1 - AIR CONDITIONING FOR PASSENGER VEHICLES, ESPECIALLY FOR RAILWAY PASSENGER CARS - Google Patents
AIR CONDITIONING FOR PASSENGER VEHICLES, ESPECIALLY FOR RAILWAY PASSENGER CARSInfo
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Description
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Firenze, ItalienSocietä Impianti Elettrici Telefonici
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Klimaanlage für Personenfahrzeuge, insbesondere für Eisenbahn-PersonenwagenAir conditioning for passenger vehicles, in particular for railway passenger cars
Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für Personenfahrzeuge, insbesondere für Eisenbahn-Personenwagen.The invention relates to an air conditioning system for passenger vehicles, in particular for railroad passenger cars.
Zur Klimatisierung von Personenfahrzeugen werden derzeit im allgemeinen zwei getrennte Systeme verwendet, von denen das eine zur Kälte- und das andere zur Wärmeerzeugung dient. Die Kälte wird von einer herkömmlichen mit einem flüssigen Kältemittel (Freon) arbeitenden Kompressor-Kältemaschine erzeugt, während die Wärme als Joule'sehe Wärme in Heizwiderständen erzeugt wird, die teilweise zentralisiert und teilweise dezentralisiert unter den Sitzen angeordnet sind. Die warme bzw. kalte Luft wird mit Hilfe eines oder mehrerer Rohrleitungssysteme verteilt, die längs der Abteile und Gänge und durch diese verlaufen.For air conditioning of passenger vehicles are currently in general two separate systems are used, one of which is used for cooling and the other for heating. The cold will generated by a conventional compressor refrigeration machine operating with a liquid refrigerant (Freon) while the heat as Joule's heat is generated in heating resistors, which is partially are centralized and partially decentralized under the seats. The warm or cold air is with the help one or more piping systems distributed along and through the compartments and corridors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Klimatisierung von Personenfahrzeugen effektiver zu gestalten.The invention is based on the object of making the air conditioning of passenger vehicles more effective.
Diese Aufgabe wird durch eine Klimaanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an air conditioning system with the features of claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hier zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich Bezug genommen wird.Advantageous refinements and developments of the invention are the subject matter of the subclaims, to which here for brevity express reference is made to the description.
Die Verwendung einer Wärmepumpe für den genannten Zweck bringtThe use of a heat pump for the stated purpose brings
folgende Vorteile mit sich:the following advantages:
1. Ein und dieselbe Anlage dient sowohl zur Heizung als auch zur Kühlung;1. One and the same system is used for both heating and cooling;
2. in der Heizphase ergibt sich gegenüber der elektrischen Widerstandsheizung eine zwischen 50% und 70% '&'e.gende Energieersparnis ;2. in the heating phase arises compared to the electrical resistance heating an energy saving of between 50% and 70% ;
3. es wird die (andernfalls vergeudete) thermische Energie der Austauschluft ausgenutzt, die in einem Passagierwagen recht beträchtlich sein kann (5000 m /h);3. It takes advantage of the (otherwise wasted) thermal energy of the exchange air, which is right in a passenger car can be considerable (5000 m / h);
4. die für den Betrieb der dem Kondensator zugeordneten Lüftergruppe erforderliche Leistung kann durch Ausnutzung des Fahrtwindes verringert werden;4. those for the operation of the fan group assigned to the capacitor required power can be reduced by utilizing the airstream;
5. Raumbedarf und Gewicht sind gegenüber herkömmlichen Klimaanlagen verringert;5. Space requirements and weight are compared to conventional air conditioning systems decreased;
6. das System der individuellen Sitzbeheizung - das insbesondere für das Anwärmen beim "Kaltstart" erforderlich ist - kann als ergänzendes System für Außentemperaturen von weniger als -150C beibehalten werden;6. The system of individual seat heating - this is particularly necessary for the warm-up at the "cold start" - can be used as supplemental system for external temperatures of less than -15 0 C are maintained;
7. die Probleme der Zugänglichkeit und der Wartung werden infolge der größeren Kompaktheit des einzigen auf dem Fahrzeug vorhandenen Systems verringert;7. The problems of accessibility and maintenance are due to the greater compactness of the only one present on the vehicle System decreased;
8. die Kosten für die Installation der Anlage in dem Fahrzeug werden reduziert.8. The cost of installing the system in the vehicle is reduced.
Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert: The invention is explained in more detail below with reference to the drawings:
Fig. 1 und 2 zeigen ein Funktionsschema einer Luft/Luft-Wärmepumpe im Kühl- bzw. Erwärmungszyklus,1 and 2 show a functional diagram of an air / air heat pump in the cooling or heating cycle,
Fig. 3 zeigt ein Funktionsschema für die Ausnutzung eines von der Austauschluft gebildeten Wärmestroms,Fig. 3 shows a functional diagram for the utilization of a heat flow formed by the exchange air,
Fig. 4 zeigt ein Funktionsschema mit zusätzlxcher Ausnutzung von Solarenergie,Fig. 4 shows a functional diagram with additional use of solar energy,
Fig. 5 zeigt ein Blockschema einer Klimaanlage mit Absorber-Wärmepumpe .Fig. 5 shows a block diagram of an air conditioning system with an absorber heat pump .
In Fig. 1 und 2 ist die summarische Darstellung eines Kreises angegeben, der einen im Innern eines Eisenbahnwagens angeordnetenIn Fig. 1 and 2 the summary representation of a circle is given, one arranged inside a railroad car
-t--t-
Wärmetauscher 1 sowie externen Wärmetauscher 3 beinhaltet. Letzterer dient zum Wärmeaustausch mit dem Außenraum. Dieser Wärmeaustausch wird durch die Relativbewegung während der Fahrt unterstützt. Mit 5 ist ein Kompressor bezeichnet. Mit 7 ist der Behälter für die in dem Kreis zirkulierende Flüssigkeit bezeichnet. Mit 9 ist ein Vierwegeventil bezeichnet, das zur Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten (Heizen, Kühlen) dient. Mit 10 und 12 sind zwei Druckregulierer bezeichnet.Includes heat exchanger 1 and external heat exchanger 3. The latter serves to exchange heat with the outside space. This heat exchange is supported by the relative movement while driving. With a compressor 5 is designated. With 7 the container for the circulating liquid in the circuit is designated. 9 with a four-way valve is referred to, which is used to switch between is used for both operating modes (heating, cooling). With 10 and 12 two pressure regulators are designated.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Betriebsart "Kältezyklus" ist das Vierwegeventil 9 in der Weise eingestellt, daß eine Zirkulation in Richtung der in Fig. 1 dargestellten Pfeile stattfindet, wobei der als Verdampfer arbeitende, interne Wärmetauscher 1 dem Kompressor Flüssigkeit zuführt, die in diesem komprimiert wird und in dem Behälter 7 kondensiert. Die Flüssigkeit wird in dem als Kondensator dienenden Wärmetauscher 3 abgekühlt. Auf diese Weise wird dem Innenraum Wärme entzogen und an den Außenraum abgegeben, was durch die Pfeile fl und f2 angedeutet ist.In the "cold cycle" operating mode shown in FIG. 1, the four-way valve 9 is set in such a way that circulation takes place in the direction of the arrows shown in Fig. 1, the internal heat exchanger 1 working as an evaporator and the compressor Feeds liquid which is compressed in this and condensed in the container 7. The liquid is in the as Condenser serving heat exchanger 3 cooled. In this way, heat is extracted from the interior and given off to the exterior, which is indicated by the arrows fl and f2.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Betriebsart "Heizen" arbeitet der Wärmetauscher 1 als Kondensator, während der Wärmetauscher 3 als Verdampfer dient, so daß Wärme dem Außenraum entzogen (Pfeil f3) und dem Innenraum zugeführt wird (Pfeil f4). In dieser Betriebsart ist das Vierwegeventil 9 umgeschaltet, so daß die Flüssigkeit von dem Wärmetauscher 3 zu dem Kompressor 5 gelangt.In the "heating" mode shown in Fig. 2, the heat exchanger 1 operates as a condenser, while the heat exchanger 3 as The evaporator is used so that heat is extracted from the outside space (arrow f3) and fed to the inside space (arrow f4). In this operating mode the four-way valve 9 is switched over so that the liquid from the heat exchanger 3 reaches the compressor 5.
In der Heizphase liefert beispielsweise ein Kompressor mit einer Leistungsaufnahme von 10 CV (entsprechend 6.325 Kcal/h) eine Wärmeleistung von 21.500 Kcal/h. Das entspricht - verglichen mit einer Widerstandsheizung - einem drei- bis viermal höheren Wirkungsgrad. In the heating phase, for example, a compressor with a power consumption of 10 CV (corresponding to 6,325 Kcal / h) provides heat output of 21,500 Kcal / h. Compared to resistance heating, this corresponds to three to four times higher efficiency.
Ein Vergleich der Daten eines herkömmlichen Heiz- und Kühlsystems mit denjenigen einer mit Wärmepumpe arbeitenden Anlage ergibt folgendes: In einer herkömmlichen Anlage wird für die Heizung eine installierte Leistung von etwa 36 KW benötigt. Für die Kühlung mit einer Leistung von 36.000 Kcal/h sind ein Kompressor mit etwa 28,5 KW und ein Kondensator mit etwa 18,8 KW erforderlich.A comparison of the data of a conventional heating and cooling system with those of a system operating with a heat pump shows the following: In a conventional system, an installed power of about 36 KW is required for heating. For cooling with an output of 36,000 Kcal / h, a compressor with around 28.5 KW and a condenser with around 18.8 KW are required.
Bei einer Klimaanlage gemäß der Erfindung beträgt - selbst unter Vernachlässigung des höheren Wirkungsgrades und der Ersparnis aufgrund der Bewegung des Eisenbahnfahrzeugs - die insgesamt installierte Leistung 20 KW (gegenüber den 66,3 KW der herkömmlichen Anlage), wobei für die Heizung 15 bis 18 KW (gegenüber den 36 KW der herkömmlichen Systeme) erforderlich sind, um eine nutzbare Leistung von 30.000 Kcal/h bei Außentemperaturen von mehr als -150C zu erzielen. Ein weiterer begrenzter Verbrauch ist für das Enteisen des externen Wärmetauscher anzusetzen. Dieser Verbrauch liegt voraussichtlich nicht höher als 1 KW.In the case of an air conditioning system according to the invention - even if the higher efficiency and the savings due to the movement of the railway vehicle are neglected - the total installed power is 20 KW (compared to the 66.3 KW of the conventional system), with 15 to 18 KW ( are required compared to the 36 KW of the conventional systems) to a usable capacity of 30,000 Kcal / h to achieve at outside temperatures of more than -15 0 C. Another limited consumption is to be used for defrosting the external heat exchanger. This consumption is probably not higher than 1 KW.
Die Anlage nutzt vorzugsweise auch den Wärmeinhalt der aus dem Wageninnern austretenden verbrauchtenLuft aus, indem sie der Austauschluft Wärme bzw. Kälte entzieht und damit die Temperatur der externen Wärmequelle beeinflußt. Zu diesem Zweck wird die austretende Luft vorteilhafterweise im Bereich des externen Wärmetauschers der Anlage (z. B. des Wärmetauschers 3 in den schematischen Darstellungen von Fig. 1 und 2) konzentriert, wobei sich ein weiterer Vorteil für die Energiebilanz und den Wirkungsgrad ergibt.The system preferably also uses the heat content from the Used air escaping from inside the car by replacing it with the replacement air Removes heat or cold and thus influences the temperature of the external heat source. To this end, the exiting Air advantageously in the area of the external heat exchanger of the system (e.g. the heat exchanger 3 in the schematic Representations of Fig. 1 and 2) concentrated, with a further advantage for the energy balance and the efficiency results.
In Fig. 3 ist ein Schema für die Installation in einem Eisenbahnwagen dargestellt. Mit 21 und 23 sind der externe bzw. interne Wärmetauscher bezeichnet. Mit 25 ist der Kompressor bezeichnet. Die Auslaßöffnung der Luft ist mit 27 bezeichnet. Das Verteilungsnetz ist mit 29 bezeichnet. Der Abzug kann entweder durch ein gleichartiges Netz erfolgen oder durch korridorartige Räume oder dergleichen.In Fig. 3 is a scheme for installation in a railroad car shown. The external and internal heat exchangers are denoted by 21 and 23, respectively. The compressor is denoted by 25. The outlet opening for the air is designated by 27. The distribution network is denoted by 29. The deduction can either take place through a similar network or through corridor-like rooms or similar.
Eine Anlage der vorangehend beschriebenen Art läßt sich offensichtlich auch als Zusatz- oder Hilsfsanlage zur Ergänzung einer herkömmlichen Heizungs- und gegebenenfalls einer herkömmlichen Kühlanlage ausbilden, wobei in jedem Fall die Energiebilanz positiv beeinflußt wird.A system of the type described above can be seen also as an additional or auxiliary system to supplement a conventional heating system and, if necessary, a conventional one Train a cooling system, whereby the energy balance is positive in each case being affected.
In Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Kombination von Wärmepumpe und Solarkollektor gezeigt. Der mit 31 bezeichnete Solarkollektor ist in einen Kreis eingefügt, der eine Pumpe 3 3 so-In Fig. 4 is a schematic representation of a combination of heat pump and solar collector is shown. The solar collector labeled 31 is inserted in a circle that includes a pump 3 3 so-
wie einen Wärmetauscher 35 für die Abgabe von Wärme in ein Reservoir beinhaltet. Mit letzterem ist ein weiterer Kreis mit einer Pumpe 37 und einem Wärmetauscher 39 verbunden. Der Wärmetauscher 39 gibt über einen erzwungenen Strom Wärme an den hier mit 41 bezeichneten der Wärmepumpe zugeordneten Wärmetauscher ab, (der dem Wärmetauscher 3 von Fig. 1 und 2 entspricht). Man erreicht auf diese Weise eine Integration zwischen dem Wärmepumpen-System und dem als Hilfssystem parallel arbeitenden Solarkollektor-System. Ein solches System kann während der Winterperiode die Temperatur des durch den Verdampfer fließenden Luftstroms korrigieren, der entweder von außen oder als Austauschluft, (deren WärTie rückgewonnen werden soll), von innen kommt. Der von der Solaranlage beeinflußte Wärmetauscher kann Wärme an den äußeren Luftstrom geringerer Temperatur abgeben.such as a heat exchanger 35 for releasing heat into a reservoir contains. A further circuit with a pump 37 and a heat exchanger 39 is connected to the latter. The heat exchanger 39 gives heat to the one designated here by 41 via a forced current the heat pump assigned to the heat exchanger (which corresponds to the heat exchanger 3 of FIGS. 1 and 2). One reaches on this way an integration between the heat pump system and the solar collector system working in parallel as an auxiliary system. Such a system can correct the temperature of the air flow through the evaporator during the winter period, the either from outside or as exchange air, (whose heat is recovered should be), comes from within. The heat exchanger influenced by the solar system can reduce heat to the external air flow Release temperature.
Die Solarkollektorplatten können auf dem Wagendach installiertThe solar panels can be installed on the roof of the car
2 sein, wobei die Auffangsflache in der Größenordnung von 15 m liegen kann.2, with the collection area in the order of 15 m can lie.
Eine Anlage der vorangehend beschriebenen Art kann zur Verringerung der Wartungsprobleme vereinfacht werden, indem als Wärmepumpen Absorbergeräte verwendet werden, die mit Wasser-Ammoniak oder dergleichen arbeiten. In diesem Fall entfällt der Kompressor der Wärmepumpe und ist durch eine einfache Umwälzpumpe für das flüssige Kältemittel der Absorberpumpe ersetzt, wodurch sich eine beträchtliche Verringerung der installierten Leistung ergibt. Um die Funktion des geschlossenen Systems sicherzustellen, muß eine kleine automatisch arbeitende Pumpe vorgesehen sein, die die Aufrechterhaltung des notwendigen Vakuums gewährleistet und auch in entsprechend großen Zeitintervallen wirksam wird.A system of the type described above can reduce the maintenance problems can be simplified by using as heat pumps absorber devices that operate with water-ammonia or work like that. In this case the compressor of the heat pump is omitted and is by a simple circulation pump for the liquid Replaced refrigerant of the absorber pump, which results in a considerable reduction in the installed capacity. Around To ensure the function of the closed system, a small automatically operating pump must be provided to maintain it the necessary vacuum is guaranteed and also takes effect in correspondingly large time intervals.
Eine Absorberpumpe kann in ähnlicher Weise wie die mit Kompressor arbeitende Wärmepumpe installiert werden. In Fig. 5 ist ein entsprechendes Schema angedeutet: In der Niederdruckzone befinden sich der Verdampfer 51 und der Absorber 55, der einer Flüssigkeitspumpe 57 zugeordnet ist, die die Zirkulation in einem Wärmetauscher 59 und einem Verdampfer 61 aufrechterhält. In letzterem kommt die von der Pumpe 57 getriebene entspannte Kältelösung an.An absorber pump can be installed in a similar way to the compressor heat pump. In Fig. 5 is a corresponding Scheme indicated: The evaporator 51 and the absorber 55, that of a liquid pump, are located in the low-pressure zone 57 is assigned, which maintains the circulation in a heat exchanger 59 and an evaporator 61. In the latter the relaxed cold solution driven by the pump 57 arrives.
■->'-"-" 33134G7■ -> '- "-" 33134G7
Dabei herrscht eine Temperatur von etwa 440C, während im Rückstrom in dem Wärmetauscher 59 eine konzentrierte Lösung mit etwa 900C vorliegt. Mit 63 ist ein Kondensator bezeichnet, dem Dampf zugeführt wird und aus dem die kondensierte Flüssigkeit zu dem Verdampfer 51 gelangt. Die Komplexe 63 und 55 geben Wärme ab, während die Komplexe 51 und 61 Wärme absorbieren.A temperature of approximately 44 ° C. prevails here, while a concentrated solution of approximately 90 ° C. is present in the return flow in the heat exchanger 59. A condenser 63 is denoted to which steam is supplied and from which the condensed liquid reaches the evaporator 51. Complexes 63 and 55 give off heat, while complexes 51 and 61 absorb heat.
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