(19) |
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(11) |
EP 4 117 974 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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27.03.2024 Patentblatt 2024/13 |
(22) |
Anmeldetag: 08.02.2021 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(52) |
Gemeinsame Patentklassifikation (CPC) : |
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B61D 17/00 |
(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP2021/052963 |
(87) |
Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2021/180404 (16.09.2021 Gazette 2021/37) |
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(54) |
KLIMAANORDNUNG UND DAMIT AUSGESTATTETES FAHRZEUG ZUR PERSONENBEFÖRDERUNG
AIR-CONDITIONING ARRANGEMENT AND PASSENGER TRANSPORT VEHICLE EQUIPPED THEREWITH
AGENCEMENT DE CLIMATISATION ET VÉHICULE DE TRANSPORT DE PASSAGERS ÉQUIPÉ DE CELUI-CI
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL
NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
(30) |
Priorität: |
09.03.2020 DE 102020202956
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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18.01.2023 Patentblatt 2023/03 |
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Patentinhaber: Siemens Mobility GmbH |
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81739 München (DE) |
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Erfinder: |
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- HILDEBRANDT, Alexander
44789 Bochum (DE)
- KASAP, Irfan
44653 Herne (DE)
- SCHNELL, Bernd
16766 Flatow (DE)
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(74) |
Vertreter: Siemens Patent Attorneys |
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Postfach 22 16 34 80506 München 80506 München (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
EP-A1- 2 708 436 DE-A1-102013 203 240 FR-A1- 3 102 010
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DE-A1-102010 001 929 DE-U1-202014 010 264
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanordnung für ein Fahrzeug zur Personenbeförderung,
mit einem Kältekreis, der einen Verdichter, einen Kondensator mit zugehörigem Kondensatorlüfter,
ein Expansionsventil und einen Verdampfer aufweist sowie mit einem ersten Kältemittel
betrieben ist, und mit einer Luftbehandlereinrichtung, die einen Lüfter zum Fördern
konditionierter Zuluft in einen Innenraum des Fahrzeugs aufweist, sowie auf ein mit
einer solchen Klimaanordnung ausgerüstetes Fahrzeug zur Personenbeförderung.
[0002] Solche Klimaanordnungen sowie damit ausgerüstete Fahrzeuge sind im Stand der Technik
gut bekannt, siehe z. B. die Offenbarung
DE20 2014 010 264 U1.
[0003] Dabei wird häufig der Verdampfer des Kältekreises als sog. "Direktverdampfer" eingesetzt
und gehört funktionell zur Luftbehandlereinrichtung, die zur Bereitstellung konditionierter
Zuluft für einen Fahrgastinnenraum oder Führerraum des Fahrzeugs dient, bei dem es
sich um insbesondere um ein Schienenfahrzeug handeln kann. Die Unterbringung des Verdampfers
in der Luftbehandlereinrichtung hat jedoch Einschränkungen hinsichtlich der bei der
Klimaanordnung einsetzbaren Kältemittel zur Folge.
[0004] Insbesondere Kältemittel mit einem Erderwärmungspotential < 150 sind häufig als riskant
einzustufen, da sie entweder unter sehr hohen Betriebsdrücken arbeiten, brennbar sowie
explosiv sind und/oder sogar, wie beispielsweise R1234YF, bei der Verbrennung giftige/ätzende
Gase erzeugen. Insofern ergibt sich eine hohes Risikopotential in dem Fall, wenn eine
Kältemittelleitung in der Nähe des Verdampfers ein Leck aufweist und aus diesem Leck
Kühlmittel austritt. Dies kann beispielsweise durch elektrisch betriebene Komponenten,
wie beispielsweise den Lüfter zum Fördern der konditionierten Zuluft, in Brand gesetzt
werden, wobei zusätzlich eine Fluidverbindung für die Zuluft von der Luftbehandlereinrichtung
zum Innenraum des Fahrzeugs vorliegt. Damit wird eine Ausbreitung des aus dem Leck
ausgetretenen Kühlmittels, das ggf. auch noch in Brand gesetzt ist, in den Innenraum
des Fahrzeugs möglich. Dies ist aus Sicherheitsgründen zu vermeiden.
[0005] Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Klimaanordnung der
eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Risiken beim Einsatz von
Kältemitteln mit einem Erderwärmungspotential < 150 vermindert sind, sowie ein Fahrzeug
anzugeben, dessen Klimaanordnung mit geringem Risiko auch mit einem Kältemittel mit
einem Erderwärmungspotential < 150 betrieben werden kann.
[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Klimaanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
[0007] Danach zeichnet sich die eingangs genannte Klimaanordnung dadurch aus, dass das erste
Kältemittel zum Betreiben des Kältekreises ein Erderwärmungspotential < 150 aufweist,
der Verdampfer des Kältekreises zur thermischen Wechselwirkung des ersten Kältemittels
mit einem von dem ersten Kältemittel verschiedenen zweiten Kältemittel ausgebildet
und in einen Zwischenkreis integriert ist, der einen von dem zweiten Kältemittel durchströmten
Kühler umfasst, der einen Teil der Luftbehandlereinrichtung bildet, wobei die Luftbehandlereinrichtung
und an sie angrenzende Abschnitte des Zwischenkreises gegenüber dem Rest der Klimaanordnung
hermetisch abgedichtet sind.
[0008] Durch die hermetische Abdichtung der Luftbehandlereinrichtung von dem Kältekreis,
der mit dem Kältemittel mit einem Erderwärmungspotential < 150 betrieben wird, kann
sich selbst im Fall eines Lecks bei der Kältemittelleitung für das erste Kältemittel
nicht vorkommen, dass ausgetretenes Kältemittel in die Luftbehandlereinrichtung und
damit auch in den Innenraum des Fahrzeugs gelangt.
[0009] Insofern kann der Kältekreis der Klimaanordnung ohne Weiteres mit einem Kältemittel
betrieben werden, der aus der Gruppe ausgewählt sein kann, die Kohlendioxid, Propan,
ein Hydrofluoro-Olefin oder Gemische davon umfasst. Dabei kann das zweite Kältemittel
beispielsweise Wasserglykol, ein Glykolgemisch oder ein geeignetes Solegemisch sein.
Für das zweite Kältemittel können ggf. auch andere Fluide zum Einsatz kommen, soweit
gewährleistet ist, dass diese selbst bei Austreten aus einem Leck des Zwischenkreises
keine gesundheitlichen oder sonstigen Risiken für im Innenraum des Fahrzeugs befindliche
Personen mit sich bringen.
[0010] Der Verdampfer kann bevorzugt als Plattenwärmeübertrager ausgebildet sein. Dieser
ist vorteilhafter Weise selbst hermetisch abgedichtet, und zwar sowohl was den Austritt
der zwei Kühlmittel nach außen als auch eine räumliche Trennung zwischen den zwei
eingesetzten Kühlmitteln angeht.
[0011] Die Luftbehandlereinrichtung kann vorteilhafter Weise ein zwischen dem Lüfter zum
Fördern konditionierter Zuluft und den Kühler des Zwischenkreises angeordnetes Luftfilter
aufweisen. Auch ist es denkbar, dass die Luftbehandlereinrichtung eine Heizeinrichtung
zum Nachheizen der den Kühler passierenden Zuluft aufweist.
[0012] Der Zwischenkreis kann insbesondere eine Pumpe zum Fördern des zweiten Kältemittels
von dem Verdampfer zu dem Kühler aufweisen. Ebenfalls kann es von Vorteil sein, wenn
der Zwischenkreis für das zweite Kühlmittel einen Ausgleichsbehälter aufweist, so
dass die Betriebsbedingungen im Zwischenkreis auch bei sich ändernden thermischen
Randbedingungen für den Betrieb des Zwischenkreises ausreichend konstant bleiben.
[0013] Die oben angegebene Aufgabe wird hinsichtlich des Fahrzeugs gelöst durch ein Fahrzeug
mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
[0014] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
noch näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine strömungstechnische Darstellung
einer Klimaanordnung für ein Fahrzeug zur Personenbeförderung.
[0015] Die in der Figur dargestellte Klimaanordnung, die beispielsweise auf dem Dach eines
Schienenfahrzeugs angeordnet sein kann, umfasst einen Kältekreis 1 und einen Zwischenkreis
2. Der Kältekreis 1 wird mit einem ersten Kühlmittel betrieben, bei dem es sich beispielsweise
um R-1234YF/R290 handelt. Generell ist das erste Kühlmittel ein solches, das ein Erderwärmungspotential
< 150 hat. In herkömmlicher Weise umfasst der Kältekreis 1 einen Verdichter 3, einen
Kondensator 4 mit zugeordnetem Kondensatorlüfter 5 zur Entwärmung des Kondensators
4 sowie ein Expansionsventil 6. Im dargestellten Ausführungsbeispiel soll die Klimaanordnung
zur Klimatisierung eines Führerraums eines Schienenfahrzeugs eingesetzt sein. Dazu
kann dann der Verdichter 3 eine Leistung von 6 kW aufweisen. In ähnlicher Weise kann
eine vergleichbare Klimaanordnung auch bei Personenwagen verwendet werden. In diesem
Fall wird die Leistung des Verdichters 3 in einem deutlich hören Wertebereich liegen.
[0016] Der Kältekreis 1 wird vervollständigt durch einen Plattenwärmetauscher 7, der an
derjenigen Stelle innerhalb des Kältekreises 1 eingebaut ist, an dem sich typischer
Weise ein Verdampfer befindet. Der Plattenwärmetauscher 7 ist nach außen hermetisch
abgedichtet und schafft eine zuverlässige räumliche Trennung zwischen dem ersten Kältemittel
und einem zweiten Kältemittel (Wasserglykol), mit dem der Zwischenkreis 2 betrieben
wird. Auf einer dem Kältekreis 1 zugeordneten Eingangsseite des Plattenwärmetauschers
7 liegt im vorgestellten Ausführungsbeispiel eine Eingangstemperatur T
0 von -5°C bis +5°C vor.
[0017] In dem Plattenwärmetauscher 7 findet eine thermische Wechselwirkung zwischen dem
ersten Kältemittel zum Betreiben des Kältekreises 1 und dem zweiten Kältemittel zum
Betreiben des Zwischenkreises 2 statt, wobei eine Dimensionierung des Plattenwärmetauschers
7 die Effizienz des Wärmeleistungsübertrags bestimmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist das zweite Kältemittel, bei dem es sich um Wasserglykol handelt, eine Temperatur
von 0 bis +10°C auf. Mit einer solchen Temperatur beaufschlagt wird das zweite Kältemittel
mittels einer Pumpe 8 zu einem Kühler 9 gefördert. Der Kühler 9 ist Teil einer Luftbehandlereinrichtung
10, die neben dem Kühler 9 einen Lüfter 11 zum Fördern konditionierter Zuluft aufweist,
und zwar durch ein Luftfilter 12 hindurch an dem Kühler 9 vorbei und durch eine Nachheizeinrichtung
13 hindurch. Die gestrichelte Linie um den Kühler 9 herum soll die Verbindung des
Kühlers 9 mit dem Kältekreis 1 veranschaulichen.
[0018] Die Luftbehandlereinrichtung 10 leitet Zuluft unmittelbar in einen Führerraum 14
(durch gestrichelte Linie veranschaulicht) ein, von dem aus die Zuluft weiter hin
zu einem Fahrgastinnenraum 15 gelangt, der in der Figur lediglich angedeutet ist.
Die zugeführte Zuluft kann eine Temperatur von 8 bis 15°C aufweisen.
[0019] Vom Kühler 9 aus gelangt das zweite Kältemittel zurück zum Plattenwärmetauscher 7,
und zwar gefördert durch die Pumpe 8 in dem Zwischenkreis 2. Ein Ausgleichsbehälter
16 sorgt für einen stabilen Betrieb des Zwischenkreises 2 bei wechselnden thermischen
Randbedingungen.
[0020] Die Luftbehandlereinrichtung 10, die den Lüfter 11, das Luftfilter 12, den Kühler
10 und die Nachheizeinrichtung 13 umfasst, ist nach außen hin hermetisch abgedichtet.
Daher kann in dem Fall, wenn der Kältekreislauf 1 ein Leck zeigt und das erste Kältemittel
aus dem Leck austritt, das erste Kältemittel nicht in die Luftbehandlereinrichtung
10 eintreten, insbesondere nicht in den führerraum 14 und den Fahrgastinnenraum 15.
Insbesondere sind etwaige Gehäusedurchführungen der Luftbehandlereinrichtung 10 für
den Zwischenkreis ebenfalls hermetisch abgedichtet.
[0021] Die Klimaanordnung insgesamt ist im Dachbereich des Schienenfahrzeugs untergebracht.
Die Zuluft gelangt über geeignete Klimakanäle in den Führerraum 14 und den Fahrgastinnenraum
15.
1. Klimaanordnung für ein Fahrzeug zur Personenbeförderung, mit einem Kältekreis (1),
der einen Verdichter (3), ein Expansionsventil (6) und einen Verdampfer (7) aufweist
sowie mit einem ersten Kältemittel betrieben ist, und mit einer Luftbehandlereinrichtung
(10), die einen Lüfter (11) zum Fördern konditionierter Zuluft in einen Innenraum
(14, 15) des Fahrzeugs aufweist,
wobei der Verdampfer (7) des Kältekreises zur thermischen Wechselwirkung des ersten
Kältemittels mit einem von dem ersten Kältemittel verschiedenen zweiten Kältemittel
ausgebildet und in einen Zwischenkreis (2) integriert ist, der einen von dem zweiten
Kältemittel durchströmten Kühler (9) umfasst, der einen Teil der Luftbehandlereinrichtung
(10) bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator des Kältekreises (1) einen zugehörigen Kondensatorlüfter (5) aufweist,
dass das erste Kältemittel zum Betreiben des Kältekreises (1) ein Erderwärmungspotential
< 150 aufweist, wobei die Luftbehandlereinrichtung (10) und an sie angrenzende Abschnitte
des Zwischenkreises (2) gegenüber dem Rest der Klimaanordnung hermetisch abgedichtet
sind.
2. Klimaanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Kältemittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die Kohlendioxid, Propan, ein
Hydrofluoro-Olefin oder Gemische davon umfasst, und das zweite Kältemittel Wasserglykol
ist.
3. Klimaanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verdampfer (7) als Plattenwärmeübertrager ausgebildet ist.
4. Klimaanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftbehandlereinrichtung (10) ein zwischen dem Lüfter zum Fördern konditionierter
Zuluft und dem Kühler (9) angeordnetes Luftfilter (12) aufweist.
5. Klimaanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftbehandlereinrichtung (10) eine Heizeinrichtung (13) zum Nachheizen der den
Kühler passierenden Zuluft aufweist.
6. Klimaanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zwischenkreis (2) eine Pumpe (8) zum Fördern des zweiten Kältemittels von dem
Verdampfer (7) zu dem Kühler (9) aufweist.
7. Klimaanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zwischenkreis (2) einen Ausgleichsbehälter (16) für das zweite Kühlmittel aufweist.
8. Fahrzeug zur Personenbeförderung,
ausgerüstet mit einer Klimaanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei die Klimaanordnung vollständig in einem Dachbereich des Fahrzeugs angeordnet
ist und Zuluft von der Luftbehandlereinrichtung über Klimakanäle in den Innenraum
des Fahrzeugs geführt ist.
1. Air-conditioning arrangement for a vehicle for passenger transport, having a refrigerant
circuit (1) which has a compressor (3), an expansion valve (6) and an evaporator (7)
and is operated with a first refrigerant, and having an air treatment device (10)
which has a fan (11) for conveying conditioned supply air into an interior (14, 15)
of the vehicle, wherein the evaporator (7) of the refrigerant circuit is designed
for thermal interaction of the first refrigerant with a second refrigerant different
from the first refrigerant and is integrated into an intermediate circuit (2) which
comprises a cooler (9) through which the second refrigerant flows and which forms
part of the air treatment device (10),
characterized in that the condenser of the refrigerant circuit (1) has an associated condenser fan (5),
and in that the first refrigerant for operating the refrigerant circuit (1) has a global warming
potential < 150, wherein the air treatment device (10) and portions of the intermediate
circuit (2) which adjoin the latter are hermetically sealed with respect to the rest
of the air-conditioning arrangement.
2. Air-conditioning arrangement according to Claim 1, characterized in that
the first refrigerant is selected from the group which comprises carbon dioxide, propane,
a hydrofluoroolefin or mixtures thereof, and the second refrigerant is water-glycol.
3. Air-conditioning arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that
the evaporator (7) is designed as a plate heat exchanger.
4. Air-conditioning arrangement according to one of Claims 1 to 3,
characterized in that
the air treatment device (10) has an air filter (12) arranged between the fan for
conveying conditioned supply air and the cooler (9).
5. Air-conditioning arrangement according to one of Claims 1 to 4,
characterized in that
the air treatment device (10) has a heating device (13) for post-heating the supply
air passing through the cooler.
6. Air-conditioning arrangement according to one of Claims 1 to 5,
characterized in that
the intermediate circuit (2) has a pump (8) for conveying the second refrigerant from
the evaporator (7) to the cooler (9) .
7. Air-conditioning arrangement according to one of Claims 1 to 6,
characterized in that
the intermediate circuit (2) has an expansion tank (16) for the second refrigerant.
8. Vehicle for passenger transport,
equipped with an air-conditioning arrangement according to one of Claims 1 to 7,
wherein the air-conditioning arrangement is arranged completely in a roof region of
the vehicle and supply air is guided from the air treatment device into the interior
of the vehicle via air-conditioning channels.
1. Agencement de conditionnement d'air pour un véhicule de transport des personnes comprenant
un circuit (1) frigorifique, qui a un compresseur (3), une soupape (6) de détente
et un évaporateur (7) et qui fonctionne avec un premier fluide frigorigène, et comprenant
un dispositif (10) de traitement de l'air, qui a un ventilateur (11) pour refouler
de l'air d'apport conditionné dans un espace (14, 15) intérieur du véhicule,
dans lequel l'évaporateur (7) du circuit frigorifique est constitué pour l'interaction
thermique du premier fluide frigorigène avec un deuxième fluide frigorigène différent
du premier fluide frigorigène et est intégré dans un circuit (2) intermédiaire, qui
comprend un refroidisseur (9), dans lequel passe le deuxième fluide frigorigène et
qui forme une partie du dispositif (10) de traitement de l'air,
caractérisé en ce que
le condenseur du circuit (1) frigorifique a un ventilateur (5) de condenseur, qui
lui appartient, en ce que le premier fluide frigorigène a, pour le fonctionnement du circuit (1) frigorifique,
un potentiel de réchauffement planétaire < 150,
dans lequel le dispositif (10) de traitement de l'air et des parties, qui en sont
voisines, du circuit (2) intermédiaire sont étanches hermétiquement par rapport au
reste de l'agencement de conditionnement d'air.
2. Agencement de conditionnement d'air suivant la revendication 1,
caractérisé en ce que
le premier fluide frigorigène est choisi dans le groupe qui comprend le dioxyde de
carbone, le propane, une hydrofluoroléfine ou leurs mélanges et le deuxième fluide
frigorigène est de l'eau glycolée.
3. Agencement de conditionnement d'air suivant la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que l'
évaporateur (7) est constitué sous la forme d'un échangeur de chaleur à plaques.
4. Agencement de conditionnement d'air suivant l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que
le dispositif (10) de traitement de l'air a un filtre (12) à air monté entre le ventilateur
de transport d'air d'apport conditionné et le refroidisseur (9).
5. Agencement de conditionnement d'air suivant l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce qu'un
dispositif (10) de traitement de l'air a un dispositif (13) de chauffage pour le chauffage
ultérieur de l'apport d'air passant dans le refroidisseur.
6. Agencement de conditionnement d'air suivant l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que
le circuit (2) intermédiaire a une pompe (8) pour refouler le deuxième fluide frigorigène
de l'évaporateur (7) au refroidisseur (9).
7. Agencement de conditionnement d'air suivant l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que
le circuit (2) intermédiaire a un récipient (16) de tranquillisation du deuxième fluide
frigorigène.
8. Véhicule de transport des personnes
équipé d'un agencement de conditionnement d'air suivant l'une des revendications 1
à 7,
dans lequel l'agencement de conditionnement d'air est monté entièrement dans une partie
de toit du véhicule et de l'air d'apport est conduit du dispositif du traitement de
l'air à l'espace intérieur du véhicule, par des conduits de conditionnement d'air.
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