CN103661457A - 特别用于轨道车辆的空气调节设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明的空气调节设备（10）包括：制冷剂在其中循环的初级回路（12），特别地所述初级回路（12）包括蒸发器（24）；第一流体在其中循环的第一次级回路（14），所述第一流体穿过所述蒸发器（24）以在其中与制冷剂交换其热量，所述第一次级回路（14）包括所述第一流体在其中与空气交换其热量的至少一个第一热交换器（30）。所述空气调节设备（10）包括：其中容纳有所述初级回路（12）的至少一个第一隔室（42）；空气处理区域（44），所述空气处理区域（44）形成于隔室（42）外部且用于与内部空气相通，并且其中容纳有第一热交换器（30）；以及将隔室（42）与空气处理区域（44）隔开的至少一个密封壁（46）。

Description

特别用于轨道车辆的空气调节设备

技术领域

本发明涉及一种空气调节设备，特别是用于调节乘客室或房屋的内部空气。特别地，本发明涉及用于轨道车辆乘客室的空气调节设备，但是所述空气调节设备可用于需要空气调节的其它任何类型的车辆（道路、海洋或天空）、或用于任何类型的房屋。

背景技术

现有技术中已知的空气调节设备包括制冷剂在其中循环的回路，所述回路传统上包括压缩器、冷凝器、膨胀器以及蒸发器。

制冷剂通常为HFC（氢氟烃：hydrofluorocarbon）类型的相变流体，例如名称为R134a、R407c、R410、R744或R152a的制冷剂。这样的制冷剂相对而言为污染性的和/或易燃性的。

在这样的空气调节设备中，进入要进行空气调节的乘客室（或房屋）的空气一般穿过蒸发器。换句话说，制冷剂回路被布置于乘客室附近，因此如果发生泄漏，则制冷剂可能会流入乘客室（或房屋）。

然而制冷剂侵入到乘客室中是不合乎要求的，尤其是如先前所提到的当制冷剂为污染性的和/或易燃性的时。

发明内容

特别地，本发明的目的在于通过提供一种使得能够避免在乘客室发生泄漏的风险的空气调节设备而解决这一缺点。

为此，本发明特别涉及一种空气调节设备，用于至少一个乘客室中的内部空气调节，特别是轨道车辆乘客室或房屋，这种类型的空气调节设备包括：

-制冷剂在其中循环的初级回路，特别地所述初级回路包括蒸发器，

-第一流体在其中循环的第一次级回路，所述第一流体穿过所述蒸发器以在其中与所述制冷剂交换其热量，所述第一次级回路包括所述第一流体在其中与空气交换其热量的至少一个第一热交换器，

其特征在于空气调节设备包括：

-其中容纳有所述初级回路的至少一个第一隔室，

-空气处理区域，所述空气处理区域形成于隔室外部且用于与内部空气相通，并且其中容纳有第一热交换器，以及

-将隔室与空气处理区域隔开的至少一个密封壁。

如此，初级回路完全容纳于隔室中，隔室被密封地与空气处理区域隔开，因此与乘客室隔开。如果初级回路上发生泄漏，制冷剂流入隔室，但是由于壁为密封的，所以不会进入乘客室。

可选择地，单独地或根据任何技术上可行的组合，根据本发明的空气调节设备可包括以下特征中的一个或多个：

-除蒸发器之外，所述初级回路还包括全部容纳于隔室中的压缩器、冷凝器以及膨胀器。

-所述压缩器、冷凝器、膨胀器以及蒸发器被布置于共用支架上。

-所述共用支架能从隔室拆除。

-初级回路包括用于制冷剂的刚性循环导管，所述刚性循环导管分别将冷凝器连接至膨胀器、将膨胀器连接至蒸发器、将蒸发器连接至压缩器、以及将压缩器连接至冷凝器，每个刚性导管优选地具有小于50cm的长度。

-所述空气调节设备包括第二流体在其中循环的第二次级回路，所述第二流体穿过所述冷凝器以在其中与制冷剂交换其热量，所述第二回路包括所述第二流体在其中与外部空气交换其热量的至少一个第二热交换器。

-所述第二次级回路包括用于循环所述第二流体的第二泵，所述第二泵容纳于隔室中。

-所述第一次级回路包括用于循环所述第一流体的第一泵，所述第一泵容纳于隔室中。

-所述第一次级回路包括将蒸发器连接至第一热交换器的导管，所述导管中的至少一个穿过密封壁，密封衬垫设置于所述导管与所述密封壁之间。

-所述空气调节设备包括形成空气处理区域的第二隔室，所述第二隔室为开放的以便与内部空气相通。

本发明还涉及一种包括乘客室的轨道车辆，特别是电车轨道车辆，其特征在于，所述轨道车辆包括如先前所限定的用于乘客室的内部空气的空气调节设备。

附图说明

通过阅读以下说明将更好地理解本发明，所述说明仅作为示例提供且是参考附图完成的，其中：

-图1示意性地示出根据本发明第一示例实施例的空气调节设备，以及

-图2示意性地示出根据本发明第二示例实施例的空气调节设备。

具体实施方式

图1示出空气调节设备10，所述空气调节设备10用于至少一个乘客室中的内部空气调节，所述乘客室例如为轨道车辆乘客室。替代地，此空气调节设备可用于其它任何类型车辆的乘客室或任何类型的房屋中的内部空气调节。

空气调节设备10包括制冷剂在其中循环的初级回路12。所述制冷剂通过被称为第一次级回路14的次级回路与空气交换热量。

初级回路12传统上包括压缩器18、冷凝器20、膨胀器22以及蒸发器24。

初级回路12还包括制冷剂循环导管26，特别是：将冷凝器20连接至膨胀器22的导管26A、将膨胀器22连接至蒸发器24的导管26B、将蒸发器24连接至压缩器18的导管26C、以及将压缩器18连接至冷凝器20的导管26D。优选地，导管26为刚性的。

传统地，制冷剂为HFC类型的相变流体，例如已知名称为R134a、R407c、R410、R744或R152a。

第一流体在其中循环的所述第一次级回路14穿过蒸发器24，以使第一流体在其中与初级回路12的制冷剂交换其热量。第一次级回路14还包括所述第一流体在其中与空气交换其热量的至少一个第一热交换器30，以及用以使第一流体在所述第一次级回路14中循环的第一泵32。

第一次级回路14还包括连续地连接蒸发器24、第一热交换器30以及第一泵32以便形成环路的导管34。

应当指出的是，当安装空气调节设备10以供使用时，第一热交换器30与要进行空气调节的乘客室或房屋的内部空气相通，其因此为空气调节设备10形成冷源。

此外，冷凝器20形成与外部空气相通的热交换器，其因此为空气调节设备10形成热源。

优选地，第一次级回路14中循环的第一流体为具有高热容量及高密度的液体，其使得能够减小用于执行热交换所必需的流体的体积。此液体尤其在低温具有低压力损失以便不会过于黏稠，并且具有理想地为低于-40℃或至少低于-20℃的低凝固点，以便不会在冬季凝固。例如，第一流体为乙二醇（monoethyleneglycol）和水的混合物，或为“TIFOXIT”类型的混合物。

以下，将对例如根据本发明的该第一实施例的空气调节设备的空气调节设备的操作给出提示。

制冷剂在第一初级回路12中的循环为传统的且本身为已知的。

在压缩器18的进口处，制冷剂一般为气相。制冷剂在其中被压缩（它的压力通常从3巴变为20巴）且变得非常热，接近60℃。

在冷凝器20中通过时，制冷剂冷却，随后冷凝。制冷剂因此在不改变温度的情况下从气相变为液相。在所述冷凝器20的出口处，制冷剂为高温及高压的液相。

制冷剂接下来进入膨胀器22，且绝热膨胀。制冷剂进行冷却，直至其压力恢复至3巴且其温度接近0℃。制冷剂随后形成接下来进入蒸发器24的液态/气态混合物。

在所述蒸发器24中，制冷剂通过从在第一次级回路14中循环的第一流体捕获热量而再次变热。制冷剂随后相变且在再一次返回压缩器18之前完全变为气态。

在第一次级回路14中，第一流体在第一热交换器30中从要进行空气调节的空气（冷源）吸收热量，随后将该些热量提供至蒸发器24中的制冷剂。

同时，外部空气（热源）在冷凝器20中从制冷剂吸收热量。

应当指出的是，这样的空气调节设备10对于初级回路12可具有相对小的体积。

特别地，蒸发器24用于与第一流体的交换而非与空气，且因此需要较小的热交换表面。因此与被设置为用于与空气热交换的蒸发器相比，此蒸发器24具有较小的体积。

由于该较小的体积，蒸发器24可被布置成更靠近压缩器18，这使得能够减小导管26B、26C的长度，以及限制初级回路12的整体体积。

因此，有利地，每个导管26B、26C的长度小于50cm。

应当指出的是，由于该减小的体积，初级回路12含有较小量的制冷剂，一般小于4kg。

有利地，压缩器18、冷凝器20、膨胀器22以及蒸发器24被布置于共用支架28上。换句话说，初级回路12整体被固定至共用外罩28，且因此可被整体处理以在空气调节设备10中装配或拆卸。

因此，为了空气调节设备10的维修，初级回路12可在其部件（亦即，压缩器18、冷凝器20、膨胀器22以及蒸发器24）不被分离的情况下被以单个单元的形式拆卸。因此，不需要拆卸含有制冷剂的导管26，因此可由维修工人执行初级回路12的拆卸操作，即使该工人不具备处理制冷剂回路的资格。

当空气调节设备10被装配到车辆上时，其在车辆行进时将经受震动及各种运动。由于共用支架28，初级回路12的全部部件因此同时经受相同的震动及运动。因此，由于所述部件18、20、22、24的运动及震动是相似的，导管26上没有应力产生，这因此降低该些导管26上的磨损及泄露的风险。

空气调节设备10包括至少一个第一隔室42，其中容纳有初级回路12，因此特别地容纳有压缩器18、冷凝器20、膨胀器22以及蒸发器24。

空气调节设备10还包括空气处理区域44，所述空气处理区域44被布置于隔室42外部，且用于与内部空气相通，且其中容纳有第一热交换器30。

优选地，第一泵32容纳于隔室42中。替代地，第一泵32可被安置于隔室42外部，例如在空气处理区域44中。

最后，应当指出的是，冷凝器20容纳于隔室42内。因此，在冷凝器20对面设置格栅48，以容许所述冷凝器20与外部空气相通。

至少一个密封壁46将隔室42与空气处理区域44隔开。因此，如果制冷剂从初级回路12泄漏，则后者流入隔室42，且由于密封壁46的原因不会流入空气处理区域44。空气处理区域44用于与乘客室或房屋相通，应当指出的是，乘客室或房屋因此免受制冷剂的污染。

由此看来，由于第一热交换器30容纳于空气处理区域44中且蒸发器24容纳于隔室42中，因此第一次级回路的导管34穿过密封壁46。因此在穿过密封壁46的通道中在每个导管34周围设置密封衬垫，以便保持该壁46的密封。

优选地，设置相对紧凑的初级回路12。初级回路12的紧凑性使得能够限制泄漏的风险。事实上，由于紧凑的初级回路12所含有的制冷剂量受限，密封壁46在已经泄漏至隔室42中的制冷剂的压力下受损的风险非常有限。换句话说，由于该少量的制冷剂，看来密封壁46足够防止制冷剂从隔室42泄漏至空气处理区域44。

有利地，共用支架28能从所述隔室42拆除。因此，可仅通过使导管34与蒸发器24的第一次级回路分开而轻易地拆卸初级回路12以实现维修目的。

根据未示出的一个替代方案，空气调节设备10包括形成空气处理区域44的第二隔室。该第二隔室则为开放的以便与乘客室或房屋的内部空气相通。

图2示出根据本发明第二示例实施例的空气调节设备10。在所述图2中，使用相同的符号指示与先前所描述的元件相似的元件。

根据此第二实施例，空气调节设备10为双间接式。换句话说，除制冷剂在其中循环的初级回路12之外，空气调节设备10包括两个中间回路，称作第一次级回路14以及第二次级回路16，所述制冷剂依靠所述次级回路14、16与空气交换热量。

第一次级回路14大致上与参考图1所描述的第一次级回路相同。

此外，第二流体在其中循环的第二次级回路16穿过冷凝器12，以使第二流体在其中与来自初级回路12的制冷剂交换其热量。第二次级回路16还包括：第二流体在其中与外部空气交换其热量的至少一个第二热交换器36，以及用于使第二流体在所述第二次级回路16中循环的第二泵38。

第二次级回路16还包括连续地连接第二热交换器36、冷凝器20以及第二泵38以便形成环路的导管40。

应当指出的是，当安装空气调节设备10以供使用时，第二热交换器36与外部空气相通，所述外部空气因此为空气调节设备10形成热源。

优选地，分别在第一及第二次级回路14、16中循环的第一及第二流体为具有高热容量及高密度的液体，以减小用于执行热交换所必需的流体的体积。该些液体尤其在低温具有低压力损失以便不会过于黏稠，并且具有理想地为低于-40℃或至少低于-20℃的低凝固点，以便不会在冬季凝固。例如，第一及第二流体为乙二醇和水的混合物，或为“TIFOXIT”类型的混合物。

以下将给出对例如本发明的空气调节设备的双间接式空气调节设备的操作的提示。

制冷剂在初级回路12中的循环为传统的且本身为已知的。

在压缩器18的进口处，制冷剂一般为气相。制冷剂在其中被压缩（它的压力通常从3巴变为20巴）且变得非常热，接近60℃。

在冷凝器20中通过时，制冷剂冷却，随后冷凝。制冷剂因此在不改变温度的情况下从气相变为液相。在所述冷凝器20的出口处，制冷剂为高温及高压的液相。

制冷剂接下来进入膨胀器22，且绝热膨胀。制冷剂进行冷却，直至其压力恢复至3巴且温度接近0℃。制冷剂随后形成接下来进入蒸发器24的液态/气态混合物。

在所述蒸发器24中，制冷剂从在第一次级回路14中循环的第一流体捕获热量时变热。制冷剂随后相变且再次在再进入压缩器18之前完全变为气态。

在第一次级回路14中，第一流体在第一热交换器30中从要进行空气调节的空气（冷源）吸收热量，随后将该些热量提供至蒸发器24中的制冷剂。

在第二次级回路16中，第二流体在冷凝器20中从制冷剂吸收热量，随后在第二热交换器36中将该些热量提供至外部空气（热源）。

应当指出的是，这样的双间接式空气调节设备使得能够限制初级回路的体积。

特别地，蒸发器24与冷凝器20分别用于与第一及第二流体的交换而非与空气，且因此需要较小的热交换表面。因此与被设置为用于与空气热交换的蒸发器及冷凝器相比，该蒸发器24与冷凝器20具有较小的体积。

由于所述较小的体积，蒸发器24与冷凝器20可被布置为尽可能地靠近压缩器18，这使得能够减小导管26的长度，以及限制初级回路12的整体体积。

因此，有利地，每个导管26的长度小于50cm。

应当指出的是，由于该减小的体积，初级回路12含有较小量的制冷剂，一般小于4kg，甚至小于2kg。

优选地，第一泵32及第二泵38均容纳于隔室42中。替代地，该些泵中的至少一个，例如第一泵32可被安置于隔室42外部，例如在空气处理区域44中。

最后，应当指出的是，第二热交换器36可容纳于隔室42内。在该种情况下，在第二热交换器36对面设置格栅48，以容许所述第二热交换器36与外部空气相通。替代地，可将第二热交换器36布置于隔室42外部。

应当指出的是，初级回路12的紧凑性使得能够限制泄漏的风险。事实上，由于初级回路12所含有的制冷剂量受限，密封壁46在已经泄漏至隔室42中的制冷剂的压力下受损的风险非常有限。换句话说，由于该少量的制冷剂，密封壁46看来足够防止制冷剂从隔室42泄漏至空气处理区域44。

有利地，共用支架28能从所述隔室42拆除。因此，可仅通过使第一次级回路的导管34与蒸发器24分开以及使第二次级回路16的导管40与冷凝器20分开而轻易地拆卸初级回路12以进行维修。

应当指出的是，本发明并不限于先前所描述的实施例，而是具有各种替代方案而未脱离权利要求书的范围。特别地，空气调节设备可包括更复杂的初级回路，包括多个通道及阀门，用以交替地将冷凝器20连接至第一次级回路14以及将蒸发器24连接至第二次级回路16，从而颠倒热源及冷源。

Claims (11)

1.一种空气调节设备（10），用于至少一个乘客室中的内部空气调节，所述乘客室特别是轨道车辆乘客室或房屋，这种类型的空气调节设备包括：

-制冷剂在其中循环的初级回路（12），特别地所述初级回路（12）包括蒸发器（24），

-第一流体在其中循环的第一次级回路（14），所述第一流体穿过所述蒸发器（24）以在其中与所述制冷剂交换其热量，所述第一次级回路（14）包括所述第一流体在其中与空气交换其热量的至少一个第一热交换器（30），

其特征在于，所述空气调节设备包括：

-其中容纳有所述初级回路（12）的至少一个第一隔室（42），

-空气处理区域（44），所述空气处理区域（44）形成于隔室（42）外部且用于与内部空气相通，并且其中容纳有第一热交换器（30），以及

-将隔室（42）与空气处理区域（44）隔开的至少一个密封壁（46）。

2.根据权利要求1所述的空气调节设备（10），其中除蒸发器（24）之外，所述初级回路（12）还包括全部容纳于隔室（42）中的压缩器（18）、冷凝器（20）以及膨胀器（22）。

3.根据权利要求2所述的空气调节设备（10），其中所述压缩器（18）、冷凝器（20）、膨胀器（22）以及蒸发器（24）被布置于共用支架（28）上。

4.根据权利要求3所述的空气调节设备（10），其中所述共用支架（28）能从隔室（42）拆除。

5.根据权利要求3或4所述的空气调节设备（10），其中初级回路（12）包括用于制冷剂的刚性循环导管（26），所述刚性循环导管（26）分别将冷凝器（20）连接至膨胀器（22）、将膨胀器（22）连接至蒸发器（24）、将蒸发器（24）连接至压缩器（18）、以及将压缩器（18）连接至冷凝器（20），每个刚性导管（26）优选地具有小于50cm的长度。

6.根据权利要求2至5中的任一项所述的空气调节设备（10），包括第二流体在其中循环的第二次级回路（16），所述第二流体穿过所述冷凝器（20）以在其中与制冷剂交换其热量，所述第二次级回路（16）包括所述第二流体在其中与外部空气交换其热量的至少一个第二热交换器（36）。

7.根据权利要求6所述的空气调节设备（10），其中所述第二次级回路（16）包括用于循环所述第二流体的第二泵（38），所述第二泵（38）容纳于隔室（42）中。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的空气调节设备（10），其中所述第一次级回路（14）包括用于循环所述第一流体的第一泵（32），所述第一泵（32）容纳于隔室（42）中。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的空气调节设备（10），其中所述第一次级回路（14）包括将蒸发器（24）连接至第一热交换器（30）的导管（34），所述导管（34）中的至少一个穿过密封壁（46），密封衬垫设置于所述导管（34）与所述密封壁（46）之间。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的空气调节设备（10），包括形成空气处理区域（44）的第二隔室，所述第二隔室为开放的以便与内部空气相通。

11.一种轨道车辆，特别是电车轨道车辆，所述轨道车辆包括乘客室，其特征在于，所述轨道车辆包括用于乘客室的内部空气的根据前述权利要求中的任一项所述的空气调节设备（10）。

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