EP0672872A2

EP0672872A2 - Open two stage cold air refrigerating installation

Info

Publication number: EP0672872A2
Application number: EP95103539A
Authority: EP
Inventors: Dieter Frank
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: Bombardier Transportation GmbH
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1995-03-11
Publication date: 1995-09-20
Also published as: EP0672872A3; DE4408938A1

Abstract

The refrigeration circuit has a pre-compressor (1), a heat exchanger (3), a compressor (4), a second heat exchanger (5) and an air expansion turbine (6). A separate pre-compressor (7) is provided for the circulated air (U) extracted from the cooled space (8), the first pre-compressor used for external air (A), with initial mixing of the compressed air at the first heat exchanger, or at a mixing point (2) infront of the heat exchanger. Pref. both pre-compressors are driven by a common electric motor (9), with a drive coupling between the compressor and the air expansion turbine.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine offene, zweistufige Kaltluft-Kältemaschinen-Anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eignet sich insbesondere zum Einsatz in Klimaanlagen von Schienenfahrzeugen.The invention relates to an open, two-stage cold air chiller system according to the preamble of claim 1 and is particularly suitable for use in air conditioning systems of rail vehicles.

Eine solche offene, zweistufige Kaltluft-Kältemaschinen-Anlage ist aus der DD 270 359 A1 bekannt. Dort ist eine mehrstufige Kaltluft-Kältemaschine beschrieben, bei der an eine Vorverdichtungsstufe ein wasserüberfluteter Schraubenverdichter in einer zweiten Verdichtungsstufe angeschlossen ist und diesem wiederum ein Kühler mit kaltluftseitigem Anschluß zur Expansionsmaschine und einem Anschluß für kondensiertes Wasser an einem Druckwasserbehälter nachgeschaltet ist. Von diesem Druckwasserbehälter bestehen über ein Regelorgan Verbindungen zum Schraubenverdichter und zu einer Mischkammer, die die Aufbereitung der Kühlluft vor dem zu kühlenden Raum realisiert. Zwischen der Vorverdichtungsstufe und dem Schraubenverdichter ist ein Kühler angeordnet.Such an open, two-stage cold air chiller system is known from DD 270 359 A1. There is a multi-stage cold air cooling machine is described, in which a water-flooded screw compressor is connected to a precompression stage in a second compression stage and this in turn is followed by a cooler with a cold air connection to the expansion machine and a connection for condensed water to a pressurized water tank. From this pressurized water tank there are connections to the screw compressor and a mixing chamber via a control unit, which processes the cooling air in front of the room to be cooled. A cooler is arranged between the precompression stage and the screw compressor.

Bei Einsatz einer derartigen offenen Kaltluft-Kältemaschinen-Anlage bei Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeugen treten insbesondere bei Zugbegegnungen im Tunnel Druckstöße auf, die keinesfalls in die zu klimatisierenden Fahrgasträume durchdringen dürfen. Auf dem Wege der Außenluft-Umluft-Mischung ist jedoch die Gefahr gegeben, daß Druckstöße in den Fahrgastraum gelangen. Diese Druckstöße sind bei bekannten Anlagen nur bei reinem Außenluftbetrieb verhinderbar.When using such an open cold air refrigeration system in high-speed rail vehicles, pressure surges occur in particular when there are train encounters in the tunnel, which in no case may penetrate into the passenger compartments to be air-conditioned. On the way of the mixture of outside air and recirculated air, however, there is a risk that pressure surges will get into the passenger compartment. In known systems, these pressure surges can only be prevented with pure outdoor air operation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine offene, zweistufige Kaltluft-Kältemaschinen-Anlage der eingangs genannten Art anzugeben, bei der sowohl im reinen Außenluftbetrieb als auch im Außenluft/Umluft-Mischbetrieb keine Druckstöße in den zu kühlenden Raum gelangen.The invention has for its object to provide an open, two-stage cold air chiller system of the type mentioned, in which no pressure surges get into the room to be cooled in pure outside air operation as well as in outside air / recirculated air mixed operation.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved in connection with the features of the preamble according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß unter allen Betriebsbedingungen, d.h. sowohl bei reinem Außenluftbetrieb als auch bei Außenluft/Umluft-Mischbetrieb Druckstöße an der Außenluftansaugstelle ohne weiteren zusätzlichen Aufwand in den Vorverdichtern abgebaut werden und daher keinesfalls in die zu kühlenden Räume gelangen können, was insbesondere bei klimatisierten Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeugen von Wichtigkeit ist.The advantages achievable with the invention consist in particular in that under all operating conditions, i.e. Both in pure outside air operation and in outside air / recirculated air mixed operation, pressure surges at the outside air intake point can be reduced in the pre-compressors without any additional effort and therefore cannot get into the rooms to be cooled, which is particularly important for air-conditioned high-speed rail vehicles.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is explained below with reference to the embodiments shown in the drawings.

Es zeigen:

Figur 1: eine offene, zweistufige Kaltluft-Kältemaschinen-Anlage,
Figur 2: Varianten bei der Ausgestaltung der Kaltluft-Kältemaschinen-Anlage.

Show it:

Figure 1: an open, two-stage cold air chiller system,
Figure 2: Variants in the design of the cold air chiller system.

In Figur 1 ist eine offene, zweistufige Kaltluft-Kältemaschinen-Anlage dargestellt. Ein erster Vorverdichter 1 saugt einen Außenluftstrom A an und führt die verdichtete Außenluft über einen Außenluft/Umluft-Mischpunkt 2 einem ersten Wärmeübertrager (Kühler) 3 zu. Die aufgeheizte, verdichtete Luft wird im Wärmeübertrager 3 vorzugsweise durch mittels eines Lüfters angesaugte Außenluft abgekühlt.In Figure 1, an open, two-stage cold air chiller system is shown. A first pre-compressor 1 draws in an outside air flow A and feeds the compressed outside air via a outside air / recirculation air mixing point 2 to a first heat exchanger (cooler) 3. The heated, compressed air is preferably cooled in the heat exchanger 3 by outside air drawn in by means of a fan.

Die abgekühlte Luft gelangt vom ersten Wärmeübertrager 3 zu einem Nachverdichter 4. Die aufgeheizte und verdichtete Luft strömt vom Nachverdichter 4 zu einem zweiten Wärmeübertrager (Kühler) 5 und wird dort vorzugsweise durch mittels eines Lüfters angesaugte Außenluft abgekühlt.The cooled air passes from the first heat exchanger 3 to a post-compressor 4. The heated and compressed air flows from the post-compressor 4 to a second heat exchanger (cooler) 5 and is preferably cooled there by outside air drawn in by means of a fan.

Die abgekühlt Luft gelangt vom zweiten Wärmeübertrager 5 zu einer Luftentspannungsturbine 6. Von dort wird sie als im Verhältnis zur Außenluft abgekühlter Zuluftstrom Z in einen zu kühlenden Raum 8 - vorzugsweise den Fahrgastraum eines Schienenfahrzeuges - eingeblasen. Vorteilhaft treibt die Luftentspannungsturbine 6 den Nachverdichter 4 an.The cooled air passes from the second heat exchanger 5 to an air expansion turbine 6. From there it is blown into a room 8 to be cooled, preferably the passenger compartment of a rail vehicle, as the supply air flow Z cooled in relation to the outside air. The air expansion turbine 6 advantageously drives the post-compressor 4.

Erfindungsgemäß wird aus dem zu kühlenden Raum mit Hilfe eines zweiten Vorverdichters 7 ein Umluftstrom U abgesaugt und dem Außenluft/Umluft-Mischpunkt 2 zugeführt. Wesentlich ist, daß die Außen- und Umluftströme A, U getrennt voneinander verdichtet und erst anschließend gemischt werden. Auf diese Weise kann der Kaltluftprozeß mit einem Umluftanteil im Kreislauf betrieben werden, wobei die beiden Vorverdichter 1, 7 die Funktion des Druckschutzes übernehmen.According to the invention, a circulating air stream U is extracted from the space to be cooled with the aid of a second pre-compressor 7 and supplied to the outside air / recirculation mixing point 2. It is essential that the outside and circulating air flows A, U are compressed separately from one another and only then mixed. In this way, the cold air process can be operated with a circulating air component, the two pre-compressors 1, 7 taking over the function of pressure protection.

Die beiden Vorverdichter 1, 7 können dabei - wie in Figur 1 dargestellt - durch einen gemeinsamen Motor 9 angetrieben werden, was Vorteile hinsichtlich der Anlagekosten hat. Es ist jedoch auch möglich, jeden Vorverdichter 1 bzw. 7 mittels eines getrennten Motors 11 bzw. 10 anzutreiben - wie in Figur 2 dargestellt - was Vorteile hinsichtlich der präzisen Einstellung von Umluftanteil und Außenluftanteil hat. Bei beiden Varianten ist es jedoch prinzipiell möglich, als Prozeßluft nur Außenluft oder aber ein Gemisch aus Außenluft und Umluft zu verwenden.The two pre-compressors 1, 7 can - as shown in Figure 1 - be driven by a common motor 9, which has advantages in terms of system costs. However, it is also possible to drive each pre-compressor 1 or 7 by means of a separate motor 11 or 10 - as shown in FIG. 2 - which has advantages with regard to the precise setting of the recirculated air portion and the outside air portion. In both variants, however, it is in principle possible to use only outside air or a mixture of outside air and circulating air as process air.

In Figur 3 ist eine Variante gezeigt, bei der der Außenluft/Umluft-Mischpunkt 2 in den ersten Wärmeübertrager 3 gelegt ist, d.h. dieser Wärmeübertrager weist getrennte Stutzen für den Außenluft- und den Umluftstrom auf und die Vermischung beider Luftströme erfolgt im Wärmeübertrager.In Figure 3 a variant is shown in which the outside air / recirculating air mixing point 2 is placed in the first heat exchanger 3, i.e. This heat exchanger has separate connections for the outside air and the circulating air flow and the mixing of both air flows takes place in the heat exchanger.

Claims

Open, two-stage cold air chiller system with a first pre-compressor (1), a first heat exchanger (3), a post-compressor (4), a second heat exchanger (4) and an air expansion turbine (6), characterized in that the outside air flow (A ) and the recirculated air flow (U) extracted from the room (8) to be cooled is compressed separately from each other in separate precompressors (1,7) and only then mixed or reach the first heat exchanger (3).

Cold air chiller system according to claim 1, characterized in that the post-compressor (4) drives the air expansion turbine (6).

Cold air chiller system according to claim 1 and / or 2, characterized in that both pre-compressors (1,7) are driven by a common motor (9).

Cold air chiller system according to claim 1 and / or 2, characterized in that the pre-compressors (1,7) are each driven by their own motors (11,10).

Cold air cooling machine system according to one of claims 1 to 4, characterized in that a separate outside air / recirculating air mixing point (2) is provided between the first heat exchanger (3) and the pre-compressors (1,7).

Cold air cooling machine system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mixing of the outside air flow (A) and the recirculating air flow (U) takes place in the first heat exchanger (3).