WO2011012380A1 - Fahrzeug mit einer kühlanlage und einer klimaanlage - Google Patents

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WO2011012380A1
WO2011012380A1 PCT/EP2010/058880 EP2010058880W WO2011012380A1 WO 2011012380 A1 WO2011012380 A1 WO 2011012380A1 EP 2010058880 W EP2010058880 W EP 2010058880W WO 2011012380 A1 WO2011012380 A1 WO 2011012380A1
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WO
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cooling
vehicle
air
cooling system
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PCT/EP2010/058880
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Frank Elsenheimer
Dirk Lehmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00907—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant changes and an evaporator becomes condenser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D27/00—Heating, cooling, ventilating, or air-conditioning
    • B61D27/0018—Air-conditioning means, i.e. combining at least two of the following ways of treating or supplying air, namely heating, cooling or ventilating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
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    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00928—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising a secondary circuit

Definitions

  • the invention relates to a vehicle with a
  • Cooling system for cooling at least one to be warmed up
  • Air conditioning of a vehicle interior Air conditioning of a vehicle interior.
  • Passenger transport used for the air conditioning of an interior. In doing so, the air conditioners are to be demolished. Cooling of air conditioners via so-called are known.
  • Air conditioning requires large airflows and
  • the invention has the object, a vehicle of the type mentioned in such a way
  • Air conditioning is enabled. This object is with the vehicle of the aforementioned
  • a condenser of the air conditioner is designed as a heat exchanger in refrigerant-fluid-type, the heat exchanger is arranged in the air conditioner and an input side of the heat exchanger to the
  • Condenser to the air conditioner can also be dispensed with the required in the art fan for cooling the condenser.
  • a heat-bearing fluid for example, a water / glycol mixture can be used, other fluids are possible.
  • an output side of the heat exchanger is connectable to an output side of a heater of the air conditioner, Further, the output side of the heater of the air conditioner can be connected to an input side of the heat exchanger of the cooling system. In this way, a suitable circuit for the cooling of the fluid in the
  • the air conditioner may have a switching valve, wherein in
  • Cooling system is connected to the input side of the heat exchanger of the air conditioning, while in heating mode a
  • Output side of the switching valve of the air conditioner is connected to the input side of the heater of the air conditioner. For example, if cool fluid is present on the input side of the changeover valve, it will be used to cool the
  • Heat exchanger uses and then returns to the
  • the cooling system may also have a switching valve between the operating states "cooling" and "heating", wherein in the cooling mode, an output side of the heater with the
  • Switching valve of the cooling system via a pipe in the course of which the fluid is heated by receiving heat, which is discharged from a component of the vehicle, is connected to the input side of the switching valve of the air conditioning.
  • the output side of the heat exchanger via an inverted throttle valve with both the input and the output side of the heater of the air conditioning connected.
  • Input and output side of the heater are supplied.
  • heated fluid coming from the condenser can be used to supply incoming air in the area of the heater for the purpose of dehumidifying
  • the vehicle may preferably be a rail vehicle
  • Engine room of the rail vehicle is arranged and arranged to be warmed component and the cooling system spatially close to each other. This ensures that the necessary piping for connecting the cooling system and the air conditioning system are of limited length, so that only slight temperature differences for the fluid occur over the resulting distances.
  • the cooling system can preferably be a so-called combination cooling system, the cascaded heat exchanger for heat-emitting components in the drive unit of the
  • Rail vehicle has. The above-mentioned, associated with the air conditioning heat exchanger of the
  • Cooling system is then part of this cascade.
  • the condenser of the air conditioner is without shipsbeetzmacherung a refrigerant-air heat exchanger by means of a
  • the vehicle By means of heat feedback and thus utilization of waste heat from the cooling system (traction, power converter and / or transformer and / or diesel engine and / or fuel cell or similar energy conversion system), the vehicle can be heated by utilizing the heat feedback of the cooling systems. Waste heat or directly the condenser waste heat for diversion into an internal air conditioner heater, a dehumidification operation can be performed at low load cooling request and by using the waste heat of subsystems as a heat source, the cooling system can be used as a heat pump, which was previously only useful in restricted temperature ranges ,
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram representation of a
  • Figure 2 is a schematic block diagram representation of a
  • Figure 3 is a schematic Bockdiagrammdargna a
  • FIG. 4 is a schematic block diagram representation of a
  • Figure 5 is a schematic block diagram representation of a
  • FIG. 1 shows schematically an air conditioner KL, as may be provided for example in each car body of a rail vehicle.
  • Essential components of the air conditioner are a condenser 1, an evaporator 2 and a heater 3.
  • the condenser 1 is designed as a heat exchanger and connected to two circuits.
  • the refrigerant is heated by receiving heat from supplied supply air 5, so that it is converted into the vapor phase.
  • the condenser 1 is the
  • Refrigerant from the vapor phase spent back into the liquid phase.
  • the refrigerant must be properly cooled.
  • the heat exchanger For cooling the refrigerant, the heat exchanger is supplied with coolant, for example water glycol or another suitable fluid, via a line 6. Heated coolant passes via a line 7 of the coolant
  • This throttle valve 8 makes it possible to supply the fluid flowing from the heat exchanger in certain proportions of both the input side of the heater 3 and the output side of the heater 3. In the present operating case, only the heated coolant alone is to be reheated, so that all, coming from the condenser 1 coolant is fed via the throttle valve 8 to the output side of the heater 3 and then one described later
  • Heat exchanger is supplied for cooling. This is done via a supply line 9.
  • FIG. 2 shows, in combination, the air conditioning unit KL, a cooling system KU and a transformer TR as an example of a heat-emitting component in the drive train of a
  • Input side of the switching valve 10 in the air conditioner KL performs a line 13 to an output side of a arranged in the cooling system KU heat exchanger 14, which is in the air-fluid version. Further fans 15, 16 with associated motors 17, 18, leading cooling air 19 at the
  • Heat exchanger 14 over so that is on the output side of the cooled fluid.
  • the line 9 of Figure 1 continues via a pump 20 up to an input side of a switching valve 21 of
  • the switching valve 21 can also be switched between the operating modes “cooling” and “heating”. 2 shows the operating case “cooling”, in which fluid flowing in from the air conditioner KL is supplied to the inlet side of the heat exchanger 14 via a duct 22.
  • the mode of operation of the air conditioner KL is the same as that explained with reference to FIG.
  • the air conditioner KL can also be used as a heat pump.
  • the switching valve 21 of the cooling system KU is switched to the "heating" mode, which then results from the output side of the switching valve 21 from the flow path shown in the later explained in detail in Figure 4 for the fluid.
  • the fluid from the output side of the switching valve 21 via a pipe 23 is the
  • Input side of the switching valve 10 of the air conditioner leads.
  • On the heat exchanger 24 could also be dispensed with, if the coolant of the unit to be heat-treated (in this example, a transformer) can be mixed with the air conditioning and it by appropriate diversion and
  • Control can enter the circle of air conditioning cooling.
  • Evaporator 2 are heated in case of need. It should be noted that the advantage of a high coefficient of performance for the use of the air conditioner KL as a heat pump
  • FIG. 3 now shows the combination explained above in an operating case in which both the heat exchanger of the
  • Condenser 1 is cooled and the supply air 5 is reheated in the range of the heater 3 after dehumidification.
  • the flow path for the fluid is essentially the same as explained with reference to FIG 2. Changed is the
  • inflowing incoming air 5 can be reheated after dehumidification.
  • the proportion of fluid, which is supplied to the input side of the heater 3 are diverted variable from the present at the output side of the heat exchanger fluid.
  • the remaining volume flow is via the throttle valve 8 directly to the output side of the
  • Heating device 3 passed so that it can be continued via the line 9 in the direction of the heat exchanger 14 for Entracermungs reconnecten.
  • FIG. 4 shows the combination explained above in the case of a heating operation.
  • connection point 26 of the line 13 out so that is present on the input side of the switching valve 8 of the air conditioner KL with heat acted upon fluid.
  • the changeover valve 8 of the air conditioner KL for heating operation is now also set, that is, fluid flowing from the input side of the changeover valve 10 is directly supplied to the input side of the heater 3 so as to use it for heating inflowing air 5 A cooling of the condenser 1 takes place in
  • Air conditioning purposes used Rather, there is a cooling inflowing incoming air 5 exclusively via the heater 3, is present at the inlet side of the cooled fluid. In this case, the switching valve 10 of the air conditioner KL on
  • Heating is set, but this does not mean in the present operating case that actually heats air at the heater 3. Rather, that is from the output side of
  • Heat exchanger 14 coming low-temperature fluid supplied directly through the switching valve 10 of the input side of the heater 3 and in the region of the heater 3 by

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Kühlanlage (KL) zur Kühlung wenigstens einer zu entwärmenden Komponente (TK) des Fahrzeugs und einer Klimaanlage (KL) zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums, wobei ein Verflüssiger (1) der Klimaanlage (KL) als Wärmeaustauscher in Kältemittel-Fluid-Ausführung ausgebildet ist, der Wärmeaustauscher in der Klimaanlage (KL) angeordnet ist und eine Eingangsseite des Wärmeaustauschers zu dessen Entwärmung mit einer Ausgangsseite eines Wärmeaustauschers (14) in Luft-Fluid-Ausführung der Kühlanlage (KU) verbindbar ist.

Description

Beschreibung
FAHRZEUG MIT EINER KUHLANLAG UND EINER KLIMAANLAGE
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit einer
Kühlanlage zur Kühlung wenigstens einer zu entwärmenden
Komponente des Fahrzeugs und einer Klimaanlage zur
Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums.
Bekanntlich werden Klimaanlagen bei Fahrzeugen zur
Personenbeförderung zur Klimatisierung eines Innenraumes eingesetzt. Dabei sind die Klimaanlagen zu entwärmen. Bekannt sind dabei Entwärmungen von Klimaanlagen über sog.
luftbeaufschlagte Verflüssiger, in denen dem eingesetzten Kältemittel der Klimaanlage durch Ventilatorgetriebene
Beaufschlagung des Verflüssiger-Wärmeaustauschers mit
Umgebungsluft Wärme entzogen wird. Dadurch wird das
Kältemittel verflüssigt. Eine solche Entwärmung einer
Klimaanlage erfordert große Luftvolumenströme und
Verflüssigerflächen. Dies beides bedingt einen entsprechend großen Bauraum in den Klimaanlagen mit entsprechend großen Luftzu- und Abführungseinrichtungen und einer recht hohen elektrischen Leistungsaufnahme der Verflüssiger-Ventilatoren . Zudem erzeugen die Ventilatoren einen erheblichen
Schallpegel, der zu Lärmbelastung in der Umgebung des
Fahrzeugs führt. Im weiteren werden die Komponenten wie der Verflüssiger der sogenannten Kaltdampfklimaanlage
stellvertretend genannt für alle anderen Klimaanlagen, die nach dem Prinzip des Wärmetransports arbeiten. Bei anderen kälteerzeugenden Klimaanlagen wie z.B. einer Kälteanlage mit CO2 (R744) als Kältemittel spricht man beim Verflüssigerwärmeaustauscher von Enthitzer. Der Einfachheit halber wird in der Beschreibung jedoch die klassische Kaltdampfanläge referenziert, die beschriebene Funktion beschränkt sich aber nicht auf diese. Andere zu entwärmenden Komponenten eines Fahrzeugs, wie beispielsweise bei einem Schienenfahrzeug ein Transformator oder ein Umrichter, werden völlig unabhängig von der
vorgesehenen Klimaanlage betrieben. Deren Kühlung arbeitet nach dem gleichen oder einem ähnlichen Prinzip der autarken Wärmeabfuhr an die Umgebung. Anders ausgedrückt heißt dies, dass die Wärme erzeugenden Komponenten wie Klimaanlagen, Stromrichter und Transformatoren (ggf. auch Fahrmotoren) mittels Luft-Wärme-Übertrager und Ventilator einzeln entwärmt werden. Vereinzelt werden Transformatoren und Stromrichter in gemeinsamen Kombi-Kühlanlagen entwärmt. Die zur Kühlung der Wärme abgebenden Komponenten erforderlichen Einrichtungen benötigen ebenfalls erheblichen Bauraum. Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der eingangs genannten Art derart
weiterzuentwickeln, dass eine kompaktere Bauweise der
Klimaanlage ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird bei dem Fahrzeug der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass ein Verflüssiger der Klimaanlage als Wärmeaustauscher in Kältemittel-Fluid-Ausführung ausgebildet ist, der Wärmeaustauscher in der Klimaanlage angeordnet ist und eine Eingangsseite des Wärmeaustauschers zu dessen
Entwärmung mit einer Ausgangsseite eines Wärmeaustauschers in Luft-Fluid-Ausführung der Kühlanlage verbindbar ist.
Der Einsatz eines Wärmeaustauschers für den Verflüssiger der Klimaanlagen bewirkt einen verminderten Bauraum, der für die Klimaanlage benötigt wird. Durch die Kopplung des
Verflüssigers an die Klimaanlage kann zudem auf den im Stand der Technik erforderlichen Ventilator zur Entwärmung des Verflüssigers verzichtet werden. Als Wärme tragendes Fluid kann beispielsweise ein Wasser/Glykol-Gemisch zum Einsatz kommen, andere Fluide sind möglich.
Bevorzugt ist eine Ausgangsseite des Wärmeaustauschers mit einer Ausgangsseite eines Heizers der Klimaanlage verbindbar, wobei ferner die Ausgangsseite des Heizers der Klimaanlage mit einer Eingangsseite des Wärmeaustauschers der Kühlanlage verbunden werden kann. Auf diese Weise wird ein geeigneter Kreislauf für die Entwärmung des Fluids in dem
Wärmeaustauscher der Kühlanlage und die Wärmeaufnahme durch das Fluid in dem Verflüssiger realisiert.
Bevorzugt lässt sich die Klimaanlage zwischen den
Betriebszuständen „Kühlen" und „Heizen" umschalten. Dazu kann die Klimaanlage ein Umschaltventil aufweisen, wobei im
Kühlbetrieb die Ausgangsseite des Wärmeaustauschers der
Kühlanlage mit der Eingangsseite des Wärmeaustauschers der Klimaanlage verbunden ist, während im Heizbetrieb eine
Ausgangsseite des Umschaltventils der Klimaanlage mit der Eingangsseite des Heizers der Klimaanlage verbunden ist. Wenn beispielsweise auf der Eingangsseite des Umschaltventils kühles Fluid vorliegt, wird dieses zum Kühlen des
Wärmeaustauschers verwendet und gelangt dann zurück zur
Eingangsseite des Wärmeaustauschers der Kühlanlage. Im
Heizfalle ist das Umschaltventil derart eingestellt, dass auf seiner Eingangsseite vorliegendes, Abwärme tragendes Fluid zur Eingangsseite des Heizers verbracht wird und dort zum Aufheizen von Zuluft eingesetzt werden kann. Um an der Eingangsseite des Umschaltventils der Klimaanlage sowohl kühles als auch heißes Fluid bereitstellen zu können, kann die Kühlanlage ebenfalls ein Umschaltventil zwischen den Betriebszuständen „Kühlen" und „Heizen" aufweisen, wobei im Kühlbetrieb eine Ausgangsseite des Heizers mit der
Eingangsseite des Wärmeaustauschers der Kühlanlage verbunden ist, während im Heizbetrieb eine Ausgangsseite des
Umschaltventils der Kühlanlage über eine Rohrleitung, in deren Verlauf das Fluid durch Aufnahme von Wärme, die von einer Komponente des Fahrzeugs abgegeben wird, erwärmt wird, mit der Eingangsseite des Umschaltventils der Klimaanlage verbunden ist. Bevorzugt ist die Ausgangsseite des Wärmeaustauschers über ein invertiertes Drosselventil sowohl mit der Eingangs- als auch mit der Ausgangsseite des Heizers der Klimaanlage verbindbar. Somit können zwei definierte Anteile des von dem Verflüssiger kommenden Fluids gleichzeitig jeweils der
Eingangs- und der Ausgangsseite des Heizers zugeleitet werden. Erwärmtes, von dem Verflüssiger kommendes Fluid kann beispielsweise verwendet werden, um im Bereich des Heizers einströmende Zuluft zum Zweck der Entfeuchtung
nachzuerwärmen . Dies ermöglicht es, dass auf eine im Stand der Technik häufig vorgesehene zusätzliche elektrische
Heizung zur Nacherwärung nach Entfeuchtung der Zuluft
verzichtet werden kann. Diese Vorgehensweise ist besonders vorteilhaft, da bei bekannten Klimaanlagen die Entfeuchtung als problematisch anzusehen ist. Im Kühl-Teillastbetrieb der Klimaanlage (rund 80% des Kühlbetriebes) und im speziellen bei recht niedrigen Außentemperaturen und niedriger innerer Last (Personen, Sonne und andere) und aufgrund der Tatsache, dass die Klimaanlage nur temperaturabhängig regelt, können Probleme mit der relativen Luftfeuchtigkeit im Raum
entstehen. Eine latente Last im Fahrzeug (Feuchte) wird nicht mehr ausreichend abgeführt, da eine Zulufttemperatur für eine ausreichende Entfeuchtung zu hoch ist. Aus diesem Grund wird die oben angesprochene zusätzliche elektrische Heizung zur Entfeuchtung erforderlich.
Das Fahrzeug kann bevorzugt ein Schienenfahrzeug,
insbesondere Doppelstock-Schienenfahrzeug sein, wobei die Klimaanlage oberhalb eines Drehgestells in einem
Maschinenraum des Schienenfahrzeugs angeordnet ist und die zu entwärmende Komponente sowie die Kühlanlage räumlich nah zueinander angeordnet sind. Dies gewährleistet, dass die erforderlichen Rohrleitungen zum Verbinden der Kühlanlage und der Klimaanlage von begrenzter Länge sind, so dass über die sich ergebenden Wegstrecken nur geringe Temperaturdifferenzen für das Fluid auftreten. Bei der Kühlanlage kann es sich bevorzugt um eine sog. Kombi- Kühlanlage handeln, die kaskadierte Wärmeaustauscher für Wärme abgebende Komponenten im Antriebsaggregat des
Schienenfahrzeugs aufweist. Der oben angesprochene, mit der Klimaanlage in Verbindung stehende Wärmeaustauscher der
Kühlanlage ist dann Teil dieser Kaskade.
Mit Hilfe der vorgestellten Kombination aus der Klimaanlage und der Kühlanlage können sich zusammengefasst bei geeigneter Zusammenschaltung vorgesehener Rohrleitungen folgende
Vorteile ergeben:
Der Verflüssiger der Klimaanlage wird ohne Luftbeaufschlagung eines Kältemittel-Luft-Wärmeaustauschers mittels eines
Kältemittel-Fluid-Wärmeaustauschers entwärmt, durch Wärmerückkopplung und damit Nutzung von Abwärme aus der Kühlanlage (Traktion, Stromrichter und/oder Transformator und/oder Dieselmotor und/oder Brennstoffzelle oder ähnlichem Energiewandlungssystem) kann das Fahrzeug beheizt werden, durch Nutzung der Wärmerückkopplung der Kühlanlagen-Abwärme oder auch direkt der Verflüssiger-Abwärme zur Umleitung in einen klimaanlagen-internen Heizer kann bei Niedriglast- Kühlanforderung ein Entfeuchtungsbetrieb durchgeführt werden und durch Nutzung der Abwärme von Teilsystemen als Wärmequelle kann die Kühlanlage als Wärmepumpe eingesetzt werden, was bisher nur in eingeschränkten Temperaturbereichen sinnvoll war .
Außerdem ist es möglich, den Heizer der Klimaanlage
unmittelbar im Wege eines freien Kühlens durch unmittelbar von dem Wärmeaustauscher der Kühlanlage kommendes Fluid zu entwärmen . Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Blockdiagrammdarstellung einer
Klimaanlage eines Fahrzeugs,
Figur 2 eine schematische Blockdiagrammdarstellung einer
Kombination aus der Klimaanlage von Figur 1, einer Kühlanlage und einer Wärme abgebenden Komponente eines Schienenfahrzeugs, wobei die Fluidführung für einen Kühl- bzw. Wärmepumpenbetrieb ausgelegt ist,
Figur 3 eine schematisch Bockdiagrammdarstellung einer
Kombination aus der Klimaanlage von Fig. 1, einer
Kühlanlage und einer Wärme abgebenden Komponente, wobei die Fluidfüllung für einen kombinierten Kühl- /Entfeuchungsbetrieb ausgelegt ist, Figur 4 eine schematische Blockdiagrammdarstellung einer
Kombination aus der Klimaanlage von Fig. 1, einer Kühlanlage und einer wärmeabgebenden Komponente, wobei die Fluidführung für einen Heizbetrieb ausgelegt ist, und
Figur 5 eine schematische Blockdiagrammdarstellung einer
Kombination aus der Klimaanlage von Fig. 1, einer Kühlanlage und einer Wärme abgebenden Komponente, wobei die Fluidfüllung für eine freie Kühlung eines Heizers der Klimaanlage ausgelegt ist.
In den Figuren ist ein jeweiliger Strömungsverlauf für ein Fluid durch Linien erhöhter Dicke veranschaulicht. Figur 1 zeigt schematisch eine Klimaanlage KL, wie sie beispielsweise in jedem Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs vorgesehen sein kann. Wesentliche Komponenten der Klimaanlage sind ein Verflüssiger 1, ein Verdampfer 2 und ein Heizer 3. Der Verflüssiger 1 ist als Wärmeaustauscher ausgeführt und an zwei Kreisläufe angeschlossen. Ein Kältemittelkreislauf 4, bei dem beispielsweise das Kältemittel R 134a zum Einsatz kommt, verbindet den Verflüssiger 1 mit dem Verdampfer 2. Über den Verdampfer 2 wird das Kältemittel durch Aufnahme von Wärme aus zugeführter Zuluft 5 erwärmt, so dass es in die Dampfphase überführt wird. Im Verflüssiger 1 wird das
Kältemittel aus der Dampfphase zurück in die flüssige Phase verbracht. Dazu muss das Kältemittel im geeigneter Weise entwärmt werden.
Zur Entwärmung des Kältemittels wird dem Wärmeaustauscher Kühlmittel, beispielsweise Wasserglykol oder ein anderes geeignetes Fluid, über eine Leitung 6 zugeführt. Erwärmtes Kühlmittel gelangt über eine Leitung 7 von dem
Wärmeaustauscher aus zu einem invertierten Drosselventil 8. Dieses Drosselventil 8 gestattet es, von dem Wärmeaustauscher heran strömendes Fluid in bestimmten Anteilen sowohl der Eingangsseite des Heizers 3 als auch der Ausgangsseite des Heizers 3 zuzuführen. Im vorliegenden Betriebsfall soll allein das erwärmte Kühlmittel wieder entwärmt werden, so dass sämtliches, von dem Verflüssiger 1 kommendes Kühlmittel über das Drosselventil 8 der Ausgangsseite des Heizers 3 zugeleitet wird und sodann einem später beschriebenen
Wärmeaustauscher zur Entwärmung zugeleitet wird. Dies geschieht über eine Zuleitung 9.
Innerhalb der Klimaanlage KL ist auch ein Umschaltventil 10 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Klimaanlage KL zwischen einem Betriebszustand „Kühlen" und einem Betriebszustand
„Heizen" umschaltbar ist. In Figur 1 ist der Betriebszustand „Kühlen" dargestellt, so dass das kalte Fluid ausschließlich zum Kühlen des Kühlmittels im Verflüssiger 1 verwendet wird. Andere Betriebsfälle für das Umschaltventil 10 werden später erläutert.
Im Bereich des Heizers 3 ist außerdem ein per Motor 11 angetriebener Ventilator 12 dargestellt. Der Ventilator 12 führt die Zuluft 5 an dem Heizer 3, der als Heizregister ausgeführt sein kann, vorbei, so dass die Temperatur der Zuluft 5 verändert werden kann. Figur 2 zeigt nun in Kombination die Klimaanlage KL, eine Kühlanlage KU und einen Transformator TR als Beispiel für eine Wärme abgebende Komponente im Antriebsstrang eines
Schienenfahrzeugs. Aus Figur 2 wird nun ersichtlich, wie sich die Leitungen 6 und 9 aus Figur 1 fortsetzen. Auf der
Eingangsseite des Umschaltventils 10 in der Klimaanlage KL führt eine Leitung 13 zu einer Ausgangsseite eines in der Kühlanlage KU angeordneten Wärmeaustauschers 14, der in Luft- Fluid-Ausführung vorliegt. Weitere Ventilatoren 15, 16 mit zugehörigen Motoren 17, 18, führen Kühlluft 19 an dem
Wärmeaustauscher 14 vorbei, so dass auf dessen Ausgangsseite entwärmtes Fluid vorliegt.
Die Leitung 9 von Figur 1 setzt sich über eine Pumpe 20 fort bis zu einer Eingangsseite eines Umschaltventils 21 der
Kühlanlage. Das Umschaltventil 21 lässt sich ebenfalls zwischen den Betriebsarten „Kühlen" und „Heizen" umschalten. In Figur 2 dargestellt ist der Betriebsfall „Kühlen", bei dem von der Klimaanlage KL anströmendes Fluid über eine Leitung 22 der Eingangsseite des Wärmeaustauschers 14 zur Entwärmung zugeführt wird. Die Betriebsweise der Klimaanlage KL ist in Figur 2 dieselbe wie anhand von Figur 1 erläutert. Das
Zusammenwirken des Wärmeaustauschers 14 der Kühlanlage KU mit dem Verflüssiger 1 der Klimaanlage KL bewirkt somit eine Entwärmung des Kühlmittels im Bereich des Verflüssigers 1.
Unter Beibehaltung der Strömungsführung für das Fluid von der Ausgangsseite des Wärmeaustauschers 14 über das
Umschaltventil 10, den Verflüssiger 1, das Drosselventil 8 bis zur Eingangsseite des Umschaltventils 21 kann unter
Modifikation des restlichen Strömungsweges die Klimaanlage KL auch als Wärmepumpe eingesetzt werden. In diesem Fall wird das Umschaltventil 21 der Kühlanlage KU auf die Betriebsart „Heizen" umgestellt. Dann ergibt sich von der Ausgangsseite des Umschaltventils 21 aus der in der später ausführlich erläuterten Figur 4 dargestellte Strömungsverlauf für das Fluid. Im Einzelnen wird das Fluid von der Ausgangsseite des Umschaltventils 21 aus über eine Rohrleitung 23 dem
Transformator TR zugeführt, dem im laufenden Betrieb
kontinuierlich Wärme zu entziehen ist. Dies geschieht
beispielsweise über einen Wärmeaustauscher 24, an dem das Fluid erwärmt wird. Das Fluid strömt dann von der
Ausgangsseite des Wärmeaustauschers 24 aus über eine Leitung 25 zu einem Anschlusspunkt 26 für die Leitung 13, die zur
Eingangsseite des Umschaltventils 10 der Klimaanlage führt. Auf den Wärmeaustauscher 24 könnte aber auch verzichtet werden, wenn das Kühlmittel des zu entwärmenden Aggregats (in diesem Beispiel ein Transformator) mit dem der Klimaanlage gemischt werden kann und es durch geeignete Umleitung und
Regelung in den Kreis der Klimaanlagenkühlung einlaufen kann.
In dem Betriebsfall „Wärmepumpe" wird die Wirkungsweise von Verflüssiger 1 und Verdampfer 2 ausgetauscht, so dass der Verflüssiger 1 als Verdampfer wirkt, während der Verdampfer 2 als Verflüssiger arbeitet. Auf diese Weise kann die
einströmende Zuluft 5 durch Ausnutzung der Abwärme z.B. des Transformators TR oder eines anderen zu entwärmenden
Aggregats mit Hilfe des als Verflüssiger wirkenden
Verdampfers 2 im Bedarfsfalle erwärmt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Vorteil einer hohen Leistungszahl für die Benutzung der Klimaanlage KL als Wärmepumpe
grundsätzlich nur in einem eingeschränkten
Außentemperaturbereich möglich ist. Dieser Bereich kann jedoch durch die Nutzbarmachung einer externen Wärmequelle, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Abwärme des
Transformators TR, stark erhöht werden.
Figur 3 zeigt nun die vorstehend erläuterte Kombination in einem Betriebsfall, bei dem sowohl der Wärmeaustauscher des
Verflüssigers 1 gekühlt wird als auch die Zuluft 5 im Bereich des Heizers 3 nach Entfeuchtung nacherwärmt wird. Dabei ist der Strömungsverlauf für das Fluid im Wesentlichen derselbe wie anhand der Figur 2 erläutert ist. Geändert ist der
Strömungsverlauf im Bereich des Drosselventils 8. Die
vorgesehene Verzweigung des Drosselventils 8 gestattet es, einen definierten Anteil des von der Ausgangsseite des
Wärmeaustauschers kommenden Fluids der Eingangsseite des Heizers 3 zuzuleiten. Mit Hilfe der so bereit gestellten Wärme kann einströmende Zuluft 5 nach der Entfeuchtung nacherwärmt werden. Dabei kann der Anteil an Fluid, dass der Eingangsseite des Heizers 3 zugeleitet wird, variabel von dem an der Ausgangsseite des Wärmeaustauschers vorliegenden Fluid abgezweigt werden. Der verbleibende Volumenstrom wird über das Drosselventil 8 unmittelbar zur Ausgangsseite der
Heizeinrichtung 3 geleitet, so dass er über die Leitung 9 in Richtung auf den Wärmeaustauscher 14 zu Entwärmungszwecken weitergeführt werden kann.
Figur 4 zeigt die vorstehend erläuterte Kombination im Falle eines Heizbetriebes. Wie bereits anhand der Erläuterung der Betriebsweise „Wärmepumpe" für die Ausführung nach Figur 2 erläutert, liegt bei Schaltung des Umschaltventils 21 der
Kühlanlage KU keine Verbindung zwischen der Ausgangsseite des Umschaltventils 21 und der Eingangsseite des
Wärmeaustauschers 14 vor. Vielmehr wird das Fluid von dem Umschaltventil 21 über z.B. den Transformator TR zu dem
Anschlusspunkt 26 der Leitung 13 geführt, so dass auf der Eingangsseite des Umschaltventils 8 der Klimaanlage KL mit Wärme beaufschlagtes Fluid vorliegt. Bei der Betriebsart „Heizen" ist nun auch das Umschaltventil 8 der Klimaanlage KL für den Heizbetrieb eingestellt. Dies bedeutet, dass von der Eingangsseite des Umschaltventils 10 einströmendes Fluid unmittelbar der Eingangsseite des Heizers 3 zugeleitet wird, so dass es zur Erwärmung einströmender Zuluft 5 verwendet werden kann. Ein Kühlen des Verflüssigers 1 findet im
Heizbetrieb nicht statt. Der weitere Strömungsverlauf für das Fluid von der Ausgangsseite des Heizers 3 aus, bis zum
Umschaltventil 21 der Kühlanlage KU ist bereits anhand der Figur 2 beschrieben. In Figur 5 ist nun ein weiterer Betriebsfall für die
Kombination aus Klimaanlage KL, Kühlanlage KU und
Transformator TR als Beispiel für eine Wärme abgebende
Komponente eines Schienenfahrzeugs dargestellt. Die
Betriebsweise kann als „freie Kühlung" bezeichnet werden. Bei dieser Betriebsart wird die Klimaanlage KL nicht zu
Klimatisierungszwecken herangezogen. Vielmehr erfolgt eine Abkühlung einströmender Zuluft 5 ausschließlich über den Heizer 3, an dessen Eingangsseite entwärmtes Fluid vorliegt. Dabei ist das Umschaltventil 10 der Klimaanlage KL auf
„Heizen" eingestellt, was aber im vorliegenden Betriebsfall nicht bedeutet, dass an dem Heizer 3 tatsächlich Luft erwärmt wird. Vielmehr wird das von der Ausgangsseite des
Wärmeaustauschers 14 kommende Fluid niedriger Temperatur unmittelbar über das Umschaltventil 10 der Eingangsseite des Heizers 3 zugeführt und im Bereich des Heizers 3 durch
Aufnahme von Wärme aus der Zuluft 5 erwärmt. Das erwärmte Fluid fließt dann von der Ausgangsseite des Heizers 3 aus über das Umschaltventil 21 der Kühlanlage KU zur
Eingangsseite des Wärmeaustauschers 14, wo ihm die
aufgenommene Wärme wieder entzogen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug mit einer Kühlanlage (KL) zur Kühlung
wenigstens einer zu entwärmenden Komponente (TK) des Fahrzeugs und einer Klimaanlage (KL) zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Verflüssiger (1) der Klimaanlage (KL) als
Wärmeaustauscher in Kältemittel-Fluid-Ausführung ausgebildet ist, der Wärmeaustauscher in der
Klimaanlage (KL) angeordnet ist und eine Eingangsseite des Wärmeaustauschers zu dessen Entwärmung mit einer Ausgangsseite eines Wärmeaustauschers (14) in Luft- Fluid-Ausführung der Kühlanlage (KU) verbindbar ist.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ausgangsseite des Wärmeaustauschers mit einer Ausgangsseite eines Heizers (3) der Klimaanlage (KL) verbindbar ist.
3. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ausgangsseite des Heizers (3) der Klimaanlage (KL) mit einer Eingangsseite des Wärmeaustauschers (14) der Kühlanlage (KU) verbindbar ist.
4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Klimaanlage (KL) ein Umschaltventil (10) zwischen den Betriebszuständen „Kühlen" und „Heizen" aufweist, wobei im Kühlbetrieb die Ausgangsseite des
Wärmeaustauschers (14) der Kühlanlage (KU) mit der Eingangsseite des Wärmeaustauschers der Klimaanlage (KL) verbunden ist, während im Heizbetrieb eine
Eingangsseite des Umschaltventils (10) mit der
Ausgangsseite des Heizers (3) der Klimaanlage (KL) verbunden ist.
5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlanlage (KU) ein Umschaltventil (21) zwischen den Betriebszuständen „Kühlen" und „Heizen" aufweist, wobei im Kühlbetrieb eine Ausgangsseite des Heizers (3) mit der Eingangsseite des Wärmeaustauschers (14) der Kühlanlage verbunden ist, während im Heizbetrieb eine Ausgangsseite des Umschaltventils (21) der Kühlanlage (KU) über eine Rohrleitung (23, 25), in deren Verlauf das Fluid durch Aufnahme von Wärme, die von einer
Komponente des Fahrzeugs abgegeben wird, erwärmt wird, mit der Eingangsseite des Umschaltventils (10) der Klimaanlage (KL) verbunden ist.
6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausgangsseite des Wärmeaustauschers über ein invertiertes Drosselventil (8) sowohl mit der Eingangs- als auch mit der Ausgangsseite des Heizers (3) der Klimaanlage (KL) verbindbar ist.
7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fahrzeug ein Schienenfahrzeug ist und die
Klimaanlage (KL) oberhalb eines Drehgestells in einem Maschinenraum des Schienenfahrzeugs angeordnet ist und die zu entwärmende Komponente sowie die Kühlanlage (KU) unterflur angeordnet sind.
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