KLIMAANORDNUNG UND DAMIT AUSGESTATTETES FAHRZEUG ZUR PERSONENBEFÖRDERUNG

Beschreibung

[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 T₀ 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.

Ansprüche

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.

Claims

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.

Revendications

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.

Zeichnung