CN113195984B - 用于为机车制冷的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为机车制冷的装置，其具有闭合的第一回路，所述第一回路设计为压缩式制冷机(KKM)并且包含作为第一载体介质(KM1)的制冷剂以及蒸发器(4)和液化器(2)。蒸发器(4)设计用于将热量吸收至第一回路中，而液化器(2)设计用于将热量从第一回路中排出。第一回路通过蒸发器(4)与机车的闭合的第二回路耦连，所述第二回路包含用于输送热量的液态的第二载体介质。其中所述第二回路设计为，使得为了冷却目的在预先确定的位置处提取热量并且将所述热量传递至第二载体介质(KM2)，并且热量通过第二载体介质到达蒸发器(4)以便将热量传递至第一回路。第一回路通过液化器(2)与闭合的第三回路耦连，所述第三回路包含用于输送热量的液态的第三载体介质。所述第三回路设计为，使得第一回路的通过液化器传输至第三回路中的热量与机车的牵引设备的热量共同被传递到环境中。

Description

用于为机车制冷的装置
技术领域
本发明涉及一种用于为机车(Triebfahrzeug)制冷的装置。
背景技术
制冷机和冷却装置用于直接地冷却机车的部件或者调节机车的人员停留空间或者使用空间的空气。可供空调设备和冷却设备使用的结构空间以及其重量受到牵引设备、交通工具结构和人员所需的结构空间和重量，预设的弧线半径和需要遵守的最大轴负荷的限制。
用于待进行的空气调节或者冷却所需的部件应该能够与其它的列车部件无关地运行，以便确保模块化地和脱耦地调节空间的空气或者冷却部件。
关于加氟的温室气体的欧洲规定限制了具有较高的“全球变暖潜力值”的制冷剂的使用。具有较低的“全球变暖潜力值”的制冷剂又通常被划分为可燃的并且只能受限地使用在对轨道交通工具的空气调节中，例如它们不允许被使用在轨道交通工具或者机车的所谓“碰撞区域”中。
使用不可燃的制冷剂是可行的，然而这些不可燃的制冷剂在环境温度较高时具有更差的效率并且导致成本明显升高。对于一些制冷剂，运行压力在温度较高时由于跨临界的过程剧烈升高。相应地则需要非常高的耐压强度和因此非常特别的部件。
已知的是，为了在轨道交通工具或者机车中制冷，使用压缩式制冷机 KKM。在图2中示出将冷量用于调节空气的示例性的设计方案。
压缩式制冷机KKM具有第一压缩机1、液化器2、节流阀3、蒸发器4和载体介质作为主要部件。
载体介质用于在回路的内部输送冷量(或称为冷力)或者热量(或称为热力)。
具有制冷剂的功能的载体介质KM1在由上述主要部件组成的闭合的第一回路(或称为循环)中运动。载体介质KM1依次地经历不同的聚集态改变。
第一回路的载体介质KM1以下也称为第一载体介质KM1。
气态的第一载体介质KM1通过第一压缩机1压缩并且进一步传导至连接在之后的液化器2。
第一载体介质KM1在液化器2中冷凝或者液化并且排放热量。在此，热量被排放到轨道交通工具或者机车的环境空气中。液化器2设计为液体-空气热交换器。
液态的第一载体介质KM1到达连接在液化器2之后的节流阀3处。
液态的第一载体介质KM1由于压力改变通过节流阀3减压并且到达连接在节流阀3之后的蒸发器4。
在蒸发器4中，第一载体介质KM1蒸发以在温度较低时吸收热量。
通过蒸发器4，第一载体介质KM1从第二回路吸收热量，所述第二回路同样是闭合的并且包含第二载体介质KM2。蒸发器4设计为液体-液体热交换器。
蒸发器4接入第二回路中，所述第二回路由第二压缩机5、通风机6、热交换器7和载体介质KM2组成。
具有冷或热载体的功能并且例如是液态冷却剂的载体介质KM2在由上述部件组成的闭合的第二回路中运动。
在此，载体介质KM2不经历聚集态改变。
通风机6将从使用空间(例如人员停留空间、机车或者轨道交通工具的驾驶舱等)中抽吸的空气12输送通过热交换器7。
热交换器7设计为空气-液体热交换器并且冷却输入所述热交换器中的空气12，方式为其抽取空气的热量并且将热量传递至第二回路的载体介质 KM2。
第二回路的载体介质KM2在以下称为第二载体介质KM2。
被加热的第二载体介质KM2在第二压缩机5的共同作用下从热交换器7 到达蒸发器4。
如所述的那样，蒸发器4从第二载体介质KM2提取热量，因此最终第二载体介质KM2被冷却。
冷却的第二载体介质KM2被输入热交换器7并且在该处用于冷却所输入的空气12或者抽取所述空气的热量。
总地来说，在第二回路中，从空气12提取热量并且向蒸发器4输送。热量通过蒸发器4从第一回路传递至第二回路并且向液化器2输送。通过液化器2将热量从第一回路排放至环境中。
由于所使用的热交换器2、4和7，耦连的回路具有受限的总冷却功率。
由专利文献WO 2018/024359 A1已知一种用于公共汽车的空气调节装置。
由专利文献DE 102015002166 A1已知一种交通工具空调***。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于为机车、尤其是为机车的停留空间或者使用空间制冷的改善的装置。
上述技术问题通过本发明的如下技术方案解决。
本发明涉及一种用于为机车制冷的装置，其具有闭合的第一回路，所述第一回路设计为压缩式制冷机并且包含作为第一载体介质的制冷剂以及蒸发器和液化器。蒸发器设计用于将热量吸收至第一回路中。液化器设计用于将热量从第一回路中排出。
第一回路通过蒸发器与闭合的第二回路耦连，所述第二回路优选是机车的部分。所述第二回路包含用于输送热量的液态的第二载体介质。
所述第二回路设计为，使得为了冷却目的在预先确定的位置处提取热量并且传递至第二载体介质(KM2)。
热量通过第二载体介质到达蒸发器以便将热量传递至第一回路。
优选地，第二回路设计用于，为了冷却机车的部件和/或为了冷却机车的人员停留空间，提取所述部件的热量和/或来自人员停留空间的空气的热量并且将所述热量传递至第二载体介质(KM2)。所传递的热量通过第二载体介质到达蒸发器(4)以便将热量传递至第一回路。
人员停留空间优选是机车的部分。
第一回路通过液化器与闭合的第三回路耦连，所述第三回路优选是机车的部分。所述第三回路包含用于输送热量的液态的第三载体介质。所述第三回路设计为，使得第一回路的通过液化器传输至第三回路中的热量与机车的牵引设备的热量共同被传输到机车的环境或者周围环境中。
制冷剂符合标准地理解为工作介质或者流体，其用于制冷设备中的热量传输并且在低温和低压时吸收热量并且在温度较高和压力较高时放出热量。在此通常实现流体的状态改变。
有利地，第一回路设计为，使得热量通过蒸发器传递至第一载体介质并且通过所述第一载体介质到达液化器以便排放热量。
第二回路有利地包含热交换器，因此通过热交换器提取来自人员停留空间的空气的热量并且传递至第二载体介质并且所述热量通过第二载体介质到达蒸发器以便将热量传递至第一回路。
第三回路有利地包含第一热交换器和第二热交换器。第二热交换器设计和布置用于冷却机车的牵引设备，因此第一回路的热量通过液化器传递至第三载体介质，并且通过第三载体介质，第一回路的热量与由第二热交换器提供的牵引设备的热量共同到达第一热交换器，所述第一热交换器随即将合计的热量传输到周围环境空气中。
第一回路有利地除了液化器、蒸发器和第一载体介质之外附加地具有压缩机和节流阀。所述液化器、蒸发器、第一载体介质、压缩机和节流阀形成闭合的回路，因此第一载体介质从蒸发器通过压缩机到达液化器并且从液化器通过节流阀回到蒸发器。
第二回路有利地除了蒸发器、热交换器和第二载体介质之外附加地具有压缩机。所述蒸发器、热交换器、第二载体介质和压缩机形成闭合的回路，因此第二载体介质从热交换器通过压缩机到达蒸发器并且从蒸发器回到热交换器。
第三回路有利地除了液化器、第一和第二热交换器和第三载体介质之外附加地具有压缩机。所述液化器、第一和第二热交换器、第三载体介质和压缩机形成闭合的回路，因此第三载体介质从液化器通过压缩机到达第二热交换器并且从第二热交换器通过第一热交换器回到液化器。
第二和/或第三载体介质有利地设计用于，在相应的闭合的回路内部输送冷量或热量作为冷或热载体。
有利地，第二和/或第三载体介质在输送冷量或热量时不改变聚集态。
第一回路的蒸发器和液化器有利地设计为液体-液体热交换器。
第二回路的热交换器有利地设计为空气-液体热交换器。
第三回路的第一热交换器有利地设计为液体-空气热交换器。
在一种优选的扩展设计中，水、尤其是掺有防冻保护剂(例如防冻剂(Antifrogen))的水用作第二和/或第三载体介质。
在一种优选的扩展设计中，第一回路的蒸发器直接用于空气的冷却或者除去湿气。
在一种优选的扩展设计中，多个第一回路多级式地构造并且相应地共同作用。
在一种优选的扩展设计中，在第一回路与第三回路之间连接有其它的液体回路。
在一种优选的扩展设计中，在蒸发器中导出的制冷功率用于冷却机车的其它部件(例如用于冷却电池)。
通过本发明节省了空间，因为第一回路的液化器设计为液体-液体热交换器。
通过第一和第三回路经由液化器的耦连，只需要对存在于机车中并且按照本发明地共同使用的牵引设备的冷却回路进行较小的改变。
本发明由于只需要较小的结构空间而能够实现冷却装置的部件在机车中的相对自由的位置选择。
本发明允许实现中央冷却方案(例如每个机车设置一个冷却装置)或者分散的方案(例如每个停留空间设置一个冷却装置)。
通过三个回路的共同作用可以节省迄今所需的冷却功率。因此节省了机车的结构空间、重量、在设计和制造中的成本。
以下对供热情况(即周围环境空气较冷并且需要在人员停留空间中供热) 的观察显示了其它的优点：
在“热泵”运行方式中，也可以通过第一回路从第三载体介质抽取热量并且输入第二回路。由此降低了用于人员停留空间的所需供热的能量需求。同时第三载体介质被这样冷却，使得第三回路的通风机可以节能地运行(即通风机以较慢的转速和/或较短的开机时间运行)。
由于液态载体介质的与体积相关的导热性，在热交换器中受设计影响的传热系数比在液化器中将空气用于放热的应用中高了很多倍。
用于输送热功率所需的体积由于液态载体介质的热容量比在液化器中将空气用于放热的已知应用中低了很多倍。
在行驶功率较高时(也就是在行驶速度与牵引力的乘积较高时)，需要牵引设备的最高冷却功率。在行驶速度较高时，由太阳照射加热的机车壁被迎面风冷却。由此在行驶速度较高时不需要空气调节的最高冷却功率。这种协同效应可以被充分利用，以便降低所设置的总冷却功率。
以上描述的自由定位也实现了，在预先确定的区域中(例如在外部区域中)仍使用可燃的制冷剂。在此通过简单的安全措施(例如CO2灭火设备)确保了火焰在形成时已经被快速地熄灭。
附图说明
以下根据附图示例性地详细阐述本发明。在附图中：
图1以原理线路图示出按照本发明的装置，并且
图2示出用于调节轨道交通工具的空气的压缩式制冷机在说明书开头所述的应用。
图1以原理线路图示出按照本发明的装置。
具体实施方式
压缩式制冷机KKM具有第一压缩机1、液化器2、节流阀3、蒸发器4和载体介质KM1作为主要部件。
载体介质KM1用于在第一回路的内部输送冷量或者热量。
具有制冷剂的功能的载体介质KM1在由上述主要部件组成的闭合的第一回路中运动。
载体介质KM1依次地经历不同的聚集态改变。第一回路的载体介质 KM1以下也称为第一载体介质KM1。
气态的第一载体介质KM1通过第一压缩机1压缩并且进一步传导至连接在之后的液化器2。
第一载体介质KM1在液化器2中冷凝或者液化并且排放热量。
液态的第一载体介质KM1到达连接在液化器2之后的节流阀3处。
液态的第一载体介质KM1由于压力改变而通过节流阀3减压并且到达连接在节流阀3之后的蒸发器4。
在蒸发器4中，第一载体介质KM1蒸发以在温度较低时吸收热量。
通过蒸发器4，第一载体介质KM1从第二回路吸收热量，所述第二回路同样是闭合的并且包含载体介质KM2。蒸发器4设计为液体-液体热交换器。
蒸发器4接入第二回路中，所述第二回路由第二压缩机5、通风机6、热交换器7和载体介质KM2组成。
具有冷或热载体的功能并且例如是液态冷却剂的载体介质KM2在由上述部件组成的闭合的第二回路中运动。
在此，载体介质KM2不经历聚集态改变。
通风机6将从使用空间(例如人员停留空间、机车或者轨道交通工具的驾驶舱等)中抽吸的空气12输送通过热交换器7。
热交换器7设计为空气-液体热交换器并且冷却输入所述热交换器中的空气12，方式为其抽取空气的热量并且将热量传递至第二回路的载体介质 KM2。
第二回路的载体介质KM2在以下称为第二载体介质KM2。
被加热的第二载体介质KM2在第二压缩机5的共同作用下从热交换器7 到达蒸发器4。
如所述的那样，蒸发器4从第二载体介质KM2提取热量，因此最终第二载体介质KM2被冷却。
冷却的第二载体介质KM2被输入热交换器7并且在该处用于冷却所输入的空气12或者抽取所述空气的热量。
按照本发明，压缩式制冷机的液化器2设计为液体-液体热交换器并且接入第三回路中。
所述第三回路又设置在机车中，以便在该处冷却牵引设备。
第三回路除了液化器2之外还包含第三压缩机8、通风机11、热交换器10 和载体介质KM3。
热交换器10设计为液体-空气热交换器。
此外，第三回路包含与机车的牵引设备耦连的其它的热交换器9。通过所述其它的热交换器，将牵引设备的热量传递至第三回路的载体介质KM3。
第三回路的载体介质KM3在以下称为第三载体介质KM3。
具有冷或热载体的功能并且例如是液态冷却剂的第三载体介质KM3在由上述部件组成的闭合的第三回路中运动。
在此，第三载体介质KM3不经历聚集态改变。
第一回路的通过液化器2排出的热量被输入第三载体介质KM3，其通过第三压缩机8到达热交换器9。
第三载体介质KM3在该处吸收牵引设备的更多热量并且将其输入热交换器10。
通过通风机11将周围环境空气输入热交换器10，所述热交换器设计为液体-空气热交换器。
通过热交换器10将第三载体介质KM3的热量传递至周围环境空气并且因此从第三载体介质KM3中去除所述热量，所述第三载体介质KM3又冷却并且重新到达液化器2。
总地来说，在第二回路中从空气10提取热量并且向蒸发器4输送。通过蒸发器4将热量从第一回路传递至第二回路并且向液化器2输送。
通过液化器2将热量从第一回路传递至第三回路并且向热交换器10输送。
通过热交换器10将热量排放至环境、尤其是周围环境空气中。

Claims (5)

1.一种用于为机车制冷的装置，
-具有闭合的第一回路，所述第一回路设计为压缩式制冷机(KKM)，并且具有作为第一载体介质(KM1)的制冷剂、设计为液体-液体热交换器的蒸发器(4)、设计为液体-液体热交换器的液化器(2)、第一压缩机(1)和节流阀(3)，因此第一载体介质(KM1)从蒸发器(4)通过第一压缩机(1)到达液化器(2)并且从液化器(2)通过节流阀(3)回到蒸发器(4)，
-具有闭合的第二回路，所述第二回路具有蒸发器(4)、第二压缩机(5)、通风机(6)、热交换器(7)以及用于输送热量的液态的第二载体介质(KM2)，因此第二载体介质(KM2)从热交换器(7)通过第二压缩机(5)到达蒸发器(4)并且从蒸发器(4)回到热交换器(7)，
-具有闭合的第三回路，所述第三回路具有液化器(2)、第一热交换器(10)、第二热交换器(9)、用于输送热量的液态的第三载体介质以及第三压缩机(8)，因此第三载体介质(KM3)从液化器(2)通过第三压缩机(8)到达第二热交换器(9)并且从第二热交换器通过第一热交换器(10)回到液化器(2)，
-其中，第二回路通过蒸发器(4)与第一回路耦连，
-其中，第一回路通过液化器(2)与第三回路耦连，
-其中，第二回路设计为，使得为了冷却目的在预先确定的位置处提取热量并且将所述热量传递至第二载体介质(KM2)，并且所述热量通过第二载体介质到达蒸发器(4)以便将热量传递至第一回路，
-其中，第一回路设计为，使得热量通过蒸发器(4)传递至第一载体介质(KM1)并且通过所述第一载体介质到达液化器(2)以便将热量排放至第三回路，
-其中，第三回路的第二热交换器(9)设计用于冷却机车的牵引设备，并且被布置成将牵引设备的热量输入第三载体介质(KM3)，
-其中，第三回路设计为，使得第一回路的热量通过液化器(2)传递至第三载体介质(KM3)，并且所述热量与牵引设备的热量共同通过第一热交换器(10)传输到环境中。
2.按照权利要求1所述的装置，其中，第二回路设计为，使得为了冷却目的从机车的部件和/或从机车的人员停留空间和/或从人员停留空间的空气中提取热量。
3.按照权利要求2所述的装置，
-其中，第二回路设计为，使得通过热交换器(7)从所述部件和/或从人员停留空间的空气中提取热量并且将所述热量传递至第二载体介质(KM2)。
4.按照权利要求1至3之一所述的装置，
-其中，第二回路的热交换器(7)设计为空气-液体热交换器，
-其中，第三回路的第一热交换器(10)设计为液体-空气热交换器，
-其中，第二载体介质和第三载体介质是水。
5.按照权利要求4所述的装置，
其中，第二载体介质和第三载体介质是掺有防冻保护剂的水。
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