用于轨道车辆的空调系统(空气处理部分中具有气密或压力密封管道)的制作方法

1.本发明涉及一种用于轨道车辆的空调系统，其中，该空调系统适用于易燃制冷剂并被设计为安装在车顶上的紧凑型设备，并且至少具有用于空气处理的设备部分和压缩机液化器单元以及可选的排气设备部分、电开关盒和/或消音器。


背景技术：

2.已知各种制冷剂用于车辆中的空调系统，其中，从生态学角度来看，合成制冷剂的使用尤其存在问题。因此，制冷剂r134a已非常广泛用于机动车并且也用于轨道车辆。然而，当这种制冷剂逃逸到大气中时，它会起到温室气体的作用。因此，2017年1月1日，欧盟的新乘用车停止使用制冷剂r134a。
3.作为r134a的替代品，目前主要使用制冷剂r1234yf，制冷剂r1234yf具有低得多的温室效应，但其易燃并被归类为a2l制冷剂。然而，即使使用这种制冷剂，现在也受到专家批评。例如，在温度大于250℃的情况下释放时会形成剧毒氢氟酸(hf)，而持久性三氟乙酸(tfa)作为降解产物在大气中形成，尤其是在水中聚集。由于存在相关风险，原则上也放弃使用r1234yf等hfo制冷剂。
4.另一种方法是使用二氧化碳(r744)作为天然制冷剂。然而，与其他制冷剂相比，由于需要较高的系统压力，使用r744会导致相对复杂的设备技术。此外，在高环境温度下，性能系数(cop)显著下降，因此空调的能源需求显著增加。此外，随着环境温度升高，制冷能力急剧下降，这可以通过适当增大部件尺寸来抵消。
5.因此，显然，迄今为止使用的制冷剂最终代表了不同功能、环境和安全要求之间的折衷。车辆空调系统，尤其是轨道车辆，需要使用制冷剂，其在排放到大气时，在生态上不具关键性，在整个运行范围内具有较高的能效，并且可以继续利用迄今为止所使用的冷蒸汽技术的知识和经验。对于轨道车辆，这些单元主要被设计为车顶的紧凑型单元。无论其具体设计如何，此类紧凑型空调单元通常包括空气处理和压缩机液化器单元部分，并且可以选择性地包括排气设备、电开关盒和/或消音器部分。
6.作为上述要求的解决方案，诸如丙烷(r290)、丙烯(r1270)或异丁烷(r600a)等易燃碳氢化合物作为替代制冷剂而受到关注。这些制冷剂广泛应用于直接膨胀系统中，其电荷量有限(<150g或<500g)，尤其是在固定应用中。如果需要更大的电荷量来产生更高的冷却能力，则由于这些直接膨胀系统的易燃性，首选间接系统。
7.对于轨道车辆的空调，迄今为止，易燃制冷剂几乎没有被用作直接蒸发系统，也没有被用作间接蒸发系统，这是因为与制冷剂相关的爆炸和火灾危险。在间接蒸发系统中，通过设计具有二次回路系统的空调系统，可以降低上述风险。在这种情况下，使用传统压缩制冷回路中的易燃制冷剂，在一次回路中提供所需的冷却(或加热)功率，该一次回路位于车辆外部，因此与车辆内部没有直接连接。该冷却功率通过热交换器(优选地，板式换热器)传输至二次回路，例如，该二次回路被设计为具有水
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乙二醇混合物的盐水回路。
8.从wo 2018/137 908 a1可获知这种类型的技术解决方案。根据本文，轨道车辆具有一次制冷剂回路，该一次制冷剂回路布置在车辆外部，并且在结构上与客厢完全分离。二次制冷剂回路至少部分地布置在轨道车辆内部。一次制冷剂回路和二次制冷剂回路之间的热交换经由布置在外部区域地板下的中间热交换器进行。因此，一次制冷剂回路完全布置在轨道车辆内部之外。这种设计意味着，当使用易燃物质时，需要考虑的安全因素主要涉及外部区域，而内部区域可以假设与传统系统一样安全。这意味着，出于安全相关原因，也可以使用迄今为止几乎没有被用于客厢空调的制冷剂。因此，wo 2018/137 908 a1建议使用诸如丙烷的易燃制冷剂，其从功能角度来看非常适合作为制冷剂，但由于上述火灾和爆炸危险问题，迄今为止几乎没有使用过。
9.考虑到根据wo 2018/137 908 a1和类似拟议解决方案的技术状态，可预期的是，用于轨道车辆的空调系统中使用易燃制冷剂的接受度将在中期大大提高。然而，应注意，由于中间热交换器中的热损失以及额外的重量和需要额外的安装空间，间接回路仍然会导致能源使用的缺点。因此，对于易燃制冷剂的广泛使用，人们希望采用直接蒸发系统，一种避免这些缺点的系统。为了能够保证高安全水平的防火和防爆，包括在可能发生运行故障的情况下，因此可能最终需要对轨道车辆的空调系统的进一步结构措施，从而实现各种组件的具体设计。
10.从de 195 22 099 a1可获知一种相关的解决方法，该方法描述了气密室中风扇和其他部件的布置。此外，de 93 19 874 u1建议将空调系统的制冷回路中的若干个组件完全密封在压力密封结构中，以防止制冷剂不受控制地泄漏。本领域技术人员本身对这种方法感兴趣。然而，这两份印刷文件都没有就如何具体实施这一抽象概念提供任何建议。此外，它们不适用于对于易燃制冷剂所述的形式。


技术实现要素：

11.本发明的任务是实施一种直接蒸发系统，其中，空调系统内密封乘客区待调节的空气，使得在制冷剂运送组件处发生泄漏时，防止易燃制冷剂进入车辆的内部。
12.这项任务得到了解决，因为制冷剂运送组件和部件被布置在舒适通风管道区域之外，位于单独的壳体中，并对环境开放。相应地，空气处理器的部件，例如外部空气/环境空气的混合空气活门、空气过滤器、活门、供气扇、蒸发器和加热调节器以及它们与外部空气入口和/或环境空气入口和供气扇入口的接口，布置在紧凑型单元的外壳内的气密和/或压力密封管道内，或以这种方式设计的空调系统内。管道外部的所有部件均设计为对环境开放，使得可能发生的任何最终泄漏都会被排出或排放到外部。
13.因此，舒适通风管道，即供应给车内乘客的空气，在装置中分离并且相对于制冷回路密封，其中，制冷剂技术部件被设计为常规且已知的密封制冷回路。因此，与已知现有技术相比的新颖之处在于，所有制冷剂运送部件均位于舒适通风管道的外部并布置在壳体中，使得它们得到保护而免于损坏或意外进入。这样，制冷剂运送部件被布置成对环境开放，以通过被动通风将任何泄漏排放到外部，并防止较长时间内出现易燃浓度。只要不存在潜在的点火源，制冷剂运送部件就可以布置在单独封闭的非气密区域。此外，为了防止制冷剂进入舒适通风管道的区域，在舒适通风管道的两个区域和具有制冷剂输送部件的壳体之间进行适当的密封(技术密封)。其他有利实施例是从属权利要求的主题，其技术特征在实
施例示例中描述。
14.通过根据本发明的技术方案，对空气处理重要的用于轨道车辆的空调系统的子组件被密封，使得通过气密和/或压力密封管道设计防止这些子组件与泄漏产生的易燃制冷剂接触。这样，用于轨道车辆的空调系统中使用易燃制冷剂的接受度提高。这是因为即使在外部区域中易燃制冷剂失控泄漏的情况下，现在也可以确保内部区域防火和防爆。
附图说明
15.在下文中，参考附图更详细地解释本发明的实施例示例。
16.图1示出了用于轨道车辆的空调系统的基本结构的示意图，该系统适用于易燃制冷剂并被设计为安装在车顶上的紧凑型设备，此处未示出空调系统的壳体
17.图2示出了用于在气密管道内布置空调系统的组件的第一实施例的示意图
18.图3示出了用于在压力密封管道内布置空调系统的组件的第二实施例的示意图
19.图4示出了用于在气密管道内布置空调系统的组件的第三实施例的示意图
20.图5示出了用于在压力密封管道内布置空调系统的组件的第四实施例的示意图
21.图6示出了在气密或压力密封管道设计的情况下蒸发器的制冷剂运送管路的具体设计示例的示意图。
具体实施方式
22.图1示出了用于轨道车辆(未示出)的空调系统的基本结构，该空调系统适用于a2、a2l和a3类易燃制冷剂，并被设计为安装在轨道车辆车顶上的紧凑型设备。此处仅示出用于空气处理的主要部件，不包括空调系统的壳体。因此，空调系统具有用于排出空气的可选设备部分a、用于空气处理的设备部分b、可选电开关盒c和压缩机液化器单元d。部分b和a可包括作为基本部件的压力波阀1、用于外部空气/环境空气的混合空气活门2、空气过滤器3、供气扇4、蒸发器5、加热调节器6、供气活门7和排气扇8，如所示。此外，还为新鲜空气入口a、环境空气入口b、排气开口c、排气入口d、供气出口e1和供气出口e2提供了接口。
23.图2示出了图1所示的若干个组件在空调系统的壳体中的气密管道内的布置。这种气密管道被风格化，其线条轮廓更明显且具有间断。因此，用于空气处理的设备部分b的外部空气/环境空气的混合空气活门2、空气过滤器3、供气活门7、供气扇4、蒸发器5和加热调节器6以及它们与外部空气入口a和/或环境空气入口b和供气出口e1和/或e2的接口布置在空调系统的壳体的气密管道内，其中，空调系统是以紧凑型设备的形式设计的。在这方面，附图标记ab表示从管道看的外部环境，附图标记ib表示从管道看的内部空气处理区域，其中，区域ab对环境开放，并且潜在的泄漏被排出或排放到外部，ib表示安全的内部区域，其中，由于蒸发器被设计为安全蒸发器，因此预期不会发生泄漏。
24.图3示出了图2中所示的布置的修改设计。在此变型中，具有压力波阀1的用于排出空气的设备部分a及其与排气入口d和排气开口c的接口也布置在空调系统的壳体中的压力密封管道内。在此，压力密封管道也被风格化，其线条轮廓更明显且具有间断。同样，附图标记ab表示从管道看的外部环境，附图标记ib表示从管道看的内部空气处理区域。
25.图4示出了图2中所示的布置的修改版本。在此变型中，电开关盒c也布置在空调系统的壳体中的气密管道内。在此，气密管道也被风格化，其线条轮廓更明显且具有间断。类
似地，附图标记ab表示从管道线路看的外部环境，附图标记ib表示从管道线路看的内部空气处理区域，其中，区域ab对环境开放，并且潜在的泄漏被排出或排放到外部，ib表示安全内部区域，其中，由于蒸发器被设计为安全蒸发器，因此预期不会发生泄漏。
26.图5示出了与图4相比进一步修改的实施例，其中(与图3类似)，具有压力波阀1的用于排出空气的设备部分a及其与排气入口d和排气开口c的接口也布置在空调系统的壳体中的气密和压力密封管道内。在此，气密和压力密封管道也被风格化，其线条轮廓更明显且具有间断。类似地，附图标记ab表示从管道线路看的外部环境，附图标记ib表示从管道线路看的内部空气处理区域，其中，区域ab对环境开放，并且潜在的泄漏被排出或排放到外部，ib表示安全内部区域，其中，由于蒸发器被设计为安全蒸发器，因此预期不会发生泄漏。
27.图6示出了蒸发器5的制冷剂运送管路部分的具体布置和设计的示例。图6中示出了两个制冷剂回路部分bp(蒸发器内的管束组件)和br(空气处理部分中的制冷剂回路管的区域)以及电开关盒c和压缩机液化器单元d。接口f1和f2被设置用于部分br和c中的封闭制冷剂管路，隔墙g1和g2被设置用于密封蒸发器。此外，蒸发器5、压缩机9、液化器10、吸入压力传感器11、电磁阀液体管路12、电磁阀吸入管路13、可选电磁阀旁通管路14、吸入管路15、液体管路16和可选旁通管路17均示出为每个制冷回路的基本部件。
28.蒸发器5的直管(由g1和g2分隔并位于ib中)是制冷回路中的位于气密或压力密封管道的区域中的唯一部件，并且在损坏或显著快速压降(制冷剂大量泄漏，无论是外部还是内部)的情况下可以关断。这样，实现了进一步风险最小化。通过关闭电磁阀液体管路12以及吸入管路15和旁通管路17中的电磁阀13和14来实现关断。除此之外，在关闭制冷回路之前，还可以通过“泵出”功能清空此关断区域。在压缩机9运行时，通过关闭电磁阀液体管路12和电磁阀旁通管路14来执行“泵出”。这样，从电磁阀液体管路12到压缩机9的吸入侧的整个管道连接被排空。具体而言，这涉及电磁阀液体管路12的穿过区域f1和f2的液体管路16下游，然后继续通过蒸发器(bp)的管道组件经由吸入管路15和旁通管路17返回并穿过区域f1和f2。在达到限定的吸入压力时，压缩机9关闭，并且吸入管路15的电磁阀13关闭。电磁阀12、13和14的位置仅作为示例给出，并且例如也可以靠近蒸发器5。在此基础上，并且在关闭并排空制冷回路之后，可通过位于排空部分中的吸入压力传感器11以及在排空部分中达到预定压力时重复“泵出”来监测排空部分。在这种情况下，压力升高与排空部分中存在制冷剂有关。这提供了对可关断部分的排空状态的额外监控。