Klimaanordnung und damit ausgestattetes Fahrzeug zur Personenbeförderung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanordnung für ein Fahrzeug zur Personenbeförderung, mit einem Kältekreis, der einen Verdichter, einen Kondensator mit zugehörigem Kondensa torlüfter, ein Expansionsventil und einen Verdampfer aufweist sowie mit einem ersten Kältemittel betrieben ist, und mit ei ner Luftbehandlereinrichtung, die einen Lüfter zum Fördern konditionierter Zuluft in einen Innenraum des Fahrzeugs auf weist, sowie auf ein mit einer solchen Klimaanordnung ausge rüstetes Fahrzeug zur Personenbeförderung.

Solche Klimaanordnungen sowie damit ausgerüstete Fahrzeuge sind im Stand der Technik gut bekannt. Dabei wird häufig der Verdampfer des Kältekreises als sog. „Direktverdampfer" ein gesetzt und gehört funktionell zur Luftbehandlereinrichtung, die zur Bereitstellung konditionierter Zuluft für einen Fahr gastinnenraum oder Führerraum des Fahrzeugs dient, bei dem es sich um insbesondere um ein Schienenfahrzeug handeln kann.

Die Unterbringung des Verdampfers in der Luftbehandlerein richtung hat jedoch Einschränkungen hinsichtlich der bei der Klimaanordnung einsetzbaren Kältemittel zur Folge.

Insbesondere Kältemittel mit einem Erderwärmungspotential < 150 sind häufig als riskant einzustufen, da sie entweder un ter sehr hohen Betriebsdrücken arbeiten, brennbar sowie ex plosiv 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 auf weist und aus diesem Leck Kühlmittel austritt. Dies kann bei spielsweise durch elektrisch betriebene Komponenten, wie bei spielsweise den Lüfter zum Fördern der konditionierten Zu luft, in Brand gesetzt werden, wobei zusätzlich eine Fluid- _V erbindung für die Zuluft von der Luftbehandlereinrichtung zum Innenraum des Fahrzeugs vorliegt. Damit wird eine Aus breitung des aus dem Leck ausgetretenen Kühlmittels, das ggf. auch noch in Brand gesetzt ist, in den Innenraum des Fahr zeugs möglich. Dies ist aus Sicherheitsgründen zu vermeiden.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Klimaanordnung der eingangs genannten Art derart weiter zuentwickeln, 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 Erderwärmungspo tential < 150 betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Klimaanordnung mit den Merkma len des Anspruchs 1 gelöst.

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 Käl temittel durchströmten Kühler umfasst, der einen Teil der Luftbehandlereinrichtung bildet, wobei die Luftbehandlerein richtung und an sie angrenzende Abschnitte des Zwischenkrei ses gegenüber dem Rest der Klimaanordnung hermetisch abge dichtet sind.

Durch die hermetische Abdichtung der Luftbehandlereinrichtung von dem Kältekreis, der mit dem Kältemittel mit einem Erder wärmungspotential < 150 betrieben wird, kann sich selbst im Fall eines Lecks bei der Kältemittelleitung für das erste Kältemittel nicht _V orkommen, dass ausgetretenes Kältemittel in die Luftbehandlereinrichtung und damit auch in den Innen raum des Fahrzeugs gelangt. Insofern kann der Kältekreis der Klimaanordnung ohne Weiteres mit einem Kältemittel betrieben werden, der aus der Gruppe ausgewählt sein kann, die Kohlendioxid, Propan, ein Hydroflu- oro-Olefin oder Gemische davon umfasst. Dabei kann das zweite Kältemittel beispielsweise Wasserglykol, ein Glykolgemisch oder ein geeignetes Solegemisch sein. Für das zweite Kälte mittel können ggf. auch andere Fluide zum Einsatz kommen, so weit 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.

Der Verdampfer kann bevorzugt als Plattenwärmeübertrager aus gebildet sein. Dieser ist vorteilhafter Weise selbst herme tisch abgedichtet, und zwar sowohl was den Austritt der zwei Kühlmittel nach außen als auch eine räumliche Trennung zwi schen den zwei eingesetzten Kühlmitteln angeht.

Die Luftbehandlereinrichtung kann vorteilhafter Weise ein zwischen dem Lüfter zum Fördern konditionierter Zuluft und den Kühler des Zwischenkreises angeordnetes Luftfilter auf weisen. Auch ist es denkbar, dass die Luftbehandlereinrich tung eine Heizeinrichtung zum Nachheizen der den Kühler pas sierenden Zuluft aufweist.

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 Zwi schenkreis 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.

Die oben angegebene Aufgabe wird hinsichtlich des Fahrzeugs gelöst durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert. Die einzi- ge Figur zeigt eine strömungstechnische Darstellung einer Klimaanordnung für ein Fahrzeug zur Personenbeförderung.

Die in der Figur dargestellte Klimaanordnung, die beispiels weise 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. Ge nerell ist das erste Kühlmittel ein solches, das ein Erder wärmungspotential < 150 hat. In herkömmlicher Weise umfasst der Kältekreis 1 einen Verdichter 3, einen Kondensator 4 mit zugeordnetem Kondensatorlüfter 5 zur Entwärmung des Kondensa tors 4 sowie ein Expansionsventil 6. Im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel soll die Klimaanordnung zur Klimatisierung ei nes 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 Wer tebereich liegen.

Der Kältekreis 1 wird vervollständigt durch einen Plattenwär metauscher 7, der an derjenigen Stelle innerhalb des Kälte kreises 1 eingebaut ist, an dem sich typischer Weise ein Ver dampfer befindet. Der Plattenwärmetauscher 7 ist nach außen hermetisch abgedichtet und schafft eine zuverlässige räumli che Trennung zwischen dem ersten Kältemittel und einem zwei ten Kältemittel (Wasserglykol), mit dem der Zwischenkreis 2 betrieben wird. Auf einer dem Kältekreis 1 zugeordneten Ein gangsseite des Plattenwärmetauschers 7 liegt im vorgestellten Ausführungsbeispiel eine Eingangstemperatur To von -5°C bis +5°C vor.

In dem Plattenwärmetauscher 7 findet eine thermische Wechsel wirkung zwischen dem ersten Kältemittel zum Betreiben des Kältekreises 1 und dem zweiten Kältemittel zum Betreiben des Zwischenkreises 2 statt, wobei eine Dimensionierung des Plat tenwärmetauschers 7 die Effizienz des Wärmeleistungsübertrags bestimmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das zwei te 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 gestri chelte Linie um den Kühler 9 herum soll die Verbindung des Kühlers 9 mit dem Kältekreis 1 veranschaulichen.

Die Luftbehandlereinrichtung 10 leitet Zuluft unmittelbar in einen Führerraum 14 (durch gestrichelte Linie veranschau licht) ein, von dem aus die Zuluft weiter hin zu einem Fahr gastinnenraum 15 gelangt, der in der Figur lediglich angedeu tet ist. Die zugeführte Zuluft kann eine Temperatur von 8 bis 15°C aufweisen.

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.

Die Luftbehandlereinrichtung 10, die den Lüfter 11, das Luft filter 12, den Kühler 10 und die Nachheizeinrichtung 13 um fasst, 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 Kältemit tel nicht in die Luftbehandlereinrichtung 10 eintreten, ins besondere nicht in den führerraum 14 und den Fahrgastinnen raum 15. Insbesondere sind etwaige Gehäusedurchführungen der Luftbehandlereinrichtung 10 für den Zwischenkreis ebenfalls hermetisch abgedichtet.

Die Klimaanordnung insgesamt ist im Dachbereich des Schienen fahrzeugs untergebracht. Die Zuluft gelangt über geeignete Klimakanäle in den Führerraum 14 und den Fahrgastinnenraum 15.