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、压缩机液化器单元和电开关箱(电气箱)以及可选的用于排气的设备部分和/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，因此用于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，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。
6.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、电开关箱和/或消音器部分。
7.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。
8.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，在传统压缩制冷回路中使用易燃制冷剂，在一次回路中提供了所需的冷却(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。
9.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。
10.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。
11.这方面的一个敏感组件是紧凑型空调单元中的电开关箱(电气箱)。此类电气箱通常设计为空调单元中的一个单独区域，其带有接口，并且容纳控制或监测空调单元所需的所有部件。为了避免危险，特别是在使用易燃制冷剂时，无可燃混合物被允许进入电气箱是必需的。这基本上可通过在内部建立过压(overpressure)来避免。de 10 2014 101 184 a1涉及一种电开关箱，其中，风扇被用于在内部产生过压以防止有害颗粒等流入。然而，这种设计不适用于易燃制冷剂。类似地，如果使用易燃制冷剂，则不允许从空调系统的直接外部环境中抽取过压所需的空气，因为此处的污染风险非常高。或者，可提供非常高的体积流量以实现相应的对可能受污染空气的稀释。然而，这样做的缺点是需要更高的风扇功率，并且非常高的体积流量会导致额外的污染，这反过来又需要额外的过滤。


技术实现要素：

12.因此，本发明的任务是实施直接蒸发系统，其中，用于轨道车辆的紧凑型空调单元内的电开关箱(电气箱)被关闭，使得在制冷剂输送组件发生相关泄漏时，该组件不会与易燃制冷剂接触，因此这些区域内不会出现可燃混合物。具体而言，目的是防止易燃制冷剂在泄漏后流入电气箱。
13.实现这一目标在于，电开关箱/电气箱可操作地连接至一个组件，通过该组件，将空气从制冷剂输送段之外的区域或从空调系统的外部区域引导至电气箱，使得可以在电气箱中产生过压，该电气箱出于这个目的而充分关闭，以防止易燃制冷剂的积聚。用于将空气送入电气箱的这个组件被设计为单独的风扇，通过该风扇，空气被从空调系统的周围吸入，从而在电气箱中产生过压。或者，用于供气的这个组件被设计为管道结构，该管道结构从空调系统的空气处理单元的供气部分的过压区域开始，将部分体积的供气流引入电气箱中。在另一备选方案中，用于供气的这个组件被设计为管道结构，该管道结构从配备有排气风扇的空调系统的排气管的过压连接开始，将部分体积的排气流引入电气箱中。
14.独立于特定设计，用于从制冷剂输送段之外的区域或从空调系统的外部区域向电
气箱供应空气的组件被设计为使得电气箱中可产生过压。为了实现这一点，电气箱被设计为足够封闭的组件。或者，电气箱可设计有通向排气口的自由式或管道式的排气管道，用于对安装在电气箱内的电气部件进行定向通风和/或散热。
15.因此，与已知现有技术相比的新颖性在于，电气箱被设计为封闭箱。因此，停止期间不会发生可燃混合物的污染。空调单元或车辆中的风扇(在任何情况下都存在)具有作为送气风扇或排气风扇的附加功能。此外，根据需要，还可以在设计中整合单独的风扇。从空调单元中的某个区域或具有不可点燃的大气的车辆中抽取空气，这是通过从无制冷剂输送部件的区域抽取空气实现的。通向电气箱的空气管道是由单独的管道或管道部分提供的，电气箱的通风确保了至少对于环境的轻微过压。
16.根据本发明的技术方案提高了在用于轨道车辆的空调系统中使用易燃制冷剂的接受度。这是因为现在可以显著提高电开关箱(电气箱)的防火和防爆性能，而电开关箱(电气箱)是在这方面敏感的组件，即使在紧凑型空调系统附近区域的易燃制冷剂逸出的情况下也是如此。由于电气箱中永久产生过压，因此可有效防止易燃制冷剂流入。
附图说明
17.在下文中，参考附图更详细地解释本发明的实施例示例。
18.图1示出了用于轨道车辆的紧凑型空调单元在俯视图中的风格化表示，该控制单元具有不同的部分布置及其分配到电气箱的变型。
19.图2示出了电气箱的风格化表示，该电气箱具有内部过压和不同的流量变型。
20.图3示出了电气箱的基本布置的风格化表示，该电气箱作为紧凑型空调单元的一部分。
21.图4示出了根据图3的变型的补充视图的风格化表示。
22.图5示出了根据图3的变型的另一补充视图的风格化表示。
具体实施方式
23.附图中所示的轨道车辆的空调系统被设计为安装在车顶上的紧凑型设备，并优选使用a2、a2l和a3类易燃制冷剂(例如，r290)进行操作。提供多个组件，通过所述组件可在电开关箱/电气箱中产生过压以防止易燃制冷剂流入电气箱中。从制冷剂输送段之外的区域或从外部区域进入建立预定过压所需的相应空气，确保了在达到可燃混合物之前，不会在电气箱内发生易燃制冷剂的积累。
24.图1示出了这种紧凑型空调单元的俯视图，该控制单元具有不同的用于布置空调单元的部分及其分配到电气箱的变型。
25.图1a)示出了在单独风扇的帮助下通过吸入环境空气而产生的过压，该风扇专门用于在电气箱中产生过压。
26.图1b)示出了通过从空气处理单元到电气箱的管道产生的过压。在这种情况下，经调节的空气或经混合的空气从空气处理单元的电加热器的上游的过压区域获取，并经由管道输送至电气箱。
27.图1c)示出了从排气管道到电气箱的管道产生的过压。此处，排气风扇在电气箱中产生过压。
28.图1g)至1j)示出了产生过压的其他变型，其中，空调系统的各个部分交替布置。
29.图2示出了具有内部过压的电气箱以及空气流出的不同变型。
30.图2d)示出了构造紧密的电气箱，没有集中的流出。这意味着热源不会流出，因此电气部件不会散热。过压由上述变型之一产生，直到在达到的压力密封性范围内实现恒定过压。
31.图2e)示出了电气箱中的中度速率的的空气泄漏，但没有集中的流出。过压的建立及其维护是通过上述变型之一的空气流入来实现的。在空气处理单元的非压力密封段中，通过间隙流出和泄漏是可能的。然而，除其他外，空气处理单元没有明显的流出，这是为了防止供应空气受到臭氧污染。电气箱内的空气交换导致无定向散热。
32.图2f)示出了从电气箱的经导管流出和电气部件的集中散热。过压的建立及其维护也通过上述变型之一的空气注入工艺进行。因此，电气箱中的空气交换还导致电气部件散热。这里，例如，沿着要冷却的电气部件经管道到排放口的排放，实现了定向散热。
33.图3示出了作为紧凑型空调单元的一部分的电气箱的布置。这里，过压的产生，例如，是通过风扇实现的，风扇的进气格栅由几条相互平行且呈矩形轮廓的线设计而成。
34.在图4中可再次详细地看到这种基本设计，其中，还示出了气流的过程。这里，通过借助单独的风扇吸入环境空气，为电气箱的内部产生过压。该环境空气由风扇经由专门设计的防风雨板吸入。或者，风扇的前面有一个空气过滤器，用于清洁环境空气。
35.图5示出了进一步细节，尤其是具有与环境的接口的电气箱中的风扇。