SISTEMA DE CLIMATIZACION PARA VEHICULOS, CON PREFERENCIA VEHICULOS FERROVIARIOS.

Sistema de climatización (14) para vehículos, con preferencia vehículos ferroviarios (10),

con un circuito de admisión de aire (16) que contiene una calefacción (28) y con un circuito de refrigeración (18), que están acoplados a través de un intercambiador de calor de aire - aire (20), en el que en el circuito de refrigeración se expande aire de proceso en una turbina de expansión (22) y en el que este aire de proceso es aspirado después de circular a través del intercambiador de calor (20) para la refrigeración del aire de admisión por un compresor (24), es comprimido y es expulsado al medio ambiente, caracterizado porque el aire de escape descargado desde el compartimiento interior climatizado del vehículo (12) se puede conducir al menos en parte a través de la turbina de expansión (22) y porque se puede conducir en el modo de calefacción para el calentamiento previo directamente al intercambiador de calor (20)

Sistema de climatización para vehículos, con preferencia vehículos ferroviarios.

La invención se refiere a un sistema de climatización para vehículos, con preferencia vehículos ferroviarios de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente.

Además de las instalaciones de climatización de vapor frío utilizadas habitualmente en vehículos ferroviarios, se emplea ya en ICE 3 aire como refrigerante en instalaciones de climatización. La instalación de climatización asistida por aire para vehículos ha sido desarrollada sobre la base de la experiencia probaba de sistemas en aeronáutica. Desde puntos de vista del medio ambiente, el empleo de aire como refrigerante en instalaciones de climatización aporta grandes ventajas. No obstante, con respecto a la energía eléctrica necesaria para la generación de potencia de frío existen también inconvenientes frente a las instalaciones de climatización de vapor frío convencionales que se encuentran en el mercado. Aunque las instalaciones de climatización de vapor frío pueden utilizar las porciones energéticas contenidas en el cambio de fases del refrigerante y, por lo tanto, consiguen rendimientos esencialmente más elevados, esto no se aplica en el caso de utilización de aire como refrigerante. Un sistema de climatización conocido anteriormente, que se emplea ya en vehículos ferroviarios, presenta un circuito de admisión de aire que contiene una calefacción y un circuito de refrigeración. En el circuito de refrigeración, el aire del proceso se expande en una turbina de expansión y este aire del proceso es aspirado después de la circulación a través del intercambiador de calor para la refrigeración del aire de admisión por un compresor y se cede al entorno.

El cometido de la invención es mejorar los valores de la potencia del sistema de climatización asistido por aire del tipo indicado al principio, para mejorar la competitividad frente a la instalación de climatización de vapor frío también desde puntos de vista energéticos.

De acuerdo con la invención, este cometido se soluciona en un sistema de climatización de acuerdo con la invención por medio de la combinación de las características según la reivindicación 1. Precisamente el "proceso de presión negativa abierto" ofrece una posibilidad excelente de utilizar la energía contenida en el aire de escape y expulsada en el compartimiento interior climatizado del vehículo, en general, al medio ambiente y, por lo tanto, desaprovechada, sin soportar un sobregasto grande. De acuerdo con la invención, el aire de escape expulsado en el modo de refrigeración es conducido al menos parcialmente sobre la turbina de expansión, mientras que en el modo de calefacción se puede conducir al intercambiador de calor para el calentamiento previo.

De acuerdo con la invención, el aire de escape es utilizado de forma regenerativa, por una parte, para el modo de refrigeración y, por otra parte, para el modo de calefacción. En efecto, si se conduce el aire de escape directamente al aire de proceso aspirado por la turbina de expansión, entonces se reducirá la temperatura del aire mixto resultante, que está constituido por aire exterior y aire de escape. Esto aporta ventajas especialmente en el caso de refrigeración, puesto que se reduce el trabajo necesario del compresor para la generación de la caída requerida de la presión en la turbina para la expansión y, por lo tanto, para la refrigeración del aire de proceso. Los ahorros se manifiestas tanto en un valor de conexión eléctrica máximo reducido para el convertidor del motor eléctrico como también en un consumo reducido de energía anual. Con respecto a la utilización regenerativa del aire de escape en el modo de calefacción, la invención es ventajosa porque en el invierno no se necesita el intercambiador de calor de aire - aire para el modo de calefacción. El circuito de refrigeración no está en funcionamiento en invierno. Por lo tanto, no hay ningún inconveniente para la utilización del intercambiador de calor de aire - aire para el precalentamiento del aire exterior a través del aire de escape caliente escapado del vehículo en el modo de invierno. Esto abre la posibilidad de utilizar este intercambiador de calor para la recuperación de calor de la energía contenida en el aire de escape en el modo de calefacción.

Las configuraciones ventajosas de la invención se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes relacionadas con la reivindicación principal. De acuerdo con ello, al menos un ventilador puede estar previsto en cada caso para la admisión de aire de entrada y/o para la admisión de aire de escape.

El compresor y la turbina de expansión pueden estar dispuestos junto con un motor sobre un árbol. Esta unidad de construcción forma la llamada máquina de ciclo de aire.

Para la mejora adicional del balance de energía, el aire de admisión aspirado frío se puede mezclar con u porcentaje predeterminado del aire ambientan retornado al espacio interior del vehículo.

El número de revoluciones del motor que acciona la turbina de expansión es regulable. A través del ajuste del número de revoluciones del motor se puede ajustar la potencia de frío sin escalonamiento entre 0 y 100%.

La humedad condensada sobre el lado de admisión de aire en el intercambiador de calor se puede inyectar directamente en el circuito de presión negativa, de acuerdo con otra configuración ventajosa, de manera que la energía obtenida durante la condensación de esta agua se puede convertir de nuevo en potencia de frío.

Otros detalles y ventajas de la invención se explican en detalle con la ayuda de un ejemplo de realización representado en el dibujo. La figura 1 muestra el principio funcional de una climatización asistida por aire en el ejemplo de un vehículo ferroviario.

En la figura 1 se representa de forma esquemática un vehículo ferroviario, cuyo espacio interior de vehículo 12 debe climatizarse a través de un sistema de climatización 14 asistido por aire.

El sistema de climatización 14 se representa aquí de forma esquemática. La instalación de climatización se puede alojar en una carcasa compacta y se puede disponer, por ejemplo, como módulo de climatización en la zona de cubierta del vehículo ferroviario 10 o encastrado.

El sistema de climatización sigue el principio funcional del llamado "proceso de presión negativa abierto". En este principio, un circuito de admisión de aire 16 está acoplado con un circuito de refrigeración 18 a través de un intercambiador de calor de aire - aire 20. En el circuito de refrigeración se expande aire, que procede al menos parcialmente del medio ambiente, a través de una turbina de expansión 22 y se refrigera de acuerdo con el requerimiento de refrigeración sin escalonamiento hasta temperaturas en torno a 0ºC. En el intercambiador de calor 20 se alimenta al proceso aire cedido desde el circuito de admisión de aire. El aire caliente a presión reducida es aspirado a través de un compresor 24, es comprimido y es expulsado de nuevo hacia fuera al medio ambiente.

El aire de admisión es aspirado a través de al menos un ventilador 26 desde el medio ambiente y es conducido a través del intercambiador de calor 20 y a continuación es conducido al compartimiento de pasajeros, dado el caso, a través de ventiladores no representados aquí en detalle. Para el modo de calefacción, en el circuito de admisión de aire está dispuesta una calefacción 28.

Para la reducción del consumo de energía se mezcla aire ambiental con el aire de admisión de acuerdo con las prescripciones específicas y especificaciones. Esto se ilustra en la figura 1 por medio de las flechas 30 y 32.

Otro ahorro de energía durante la refrigeración se consigue porque el agua condensada sobre el lado de admisión de aire es inyectada directamente en el circuito de baja presión 18 (ver el número de referencia 34).

La turbina de expansión 22 y el compresor 24 están dispuestos junto con un motor 38 sobre un árbol y forman la máquina de ciclo de aire motorizada. El árbol común del motor, turbina y compresor está alojado en cojinetes magnéticos de una manera no representada en detalle. La tecnología de cojinetes magnéticos se caracteriza por un alojamiento sin desgaste y sin mantenimiento del árbol.

El proceso de presión negativa ofrece una posibilidad sencilla para utilizar el contenido de energía del aire de escape tanto para el modo de refrigeración como también para el modo de calefacción.

Si se conduce el aire de escape 42 cedido...

1. Sistema de climatización (14) para vehículos, con preferencia vehículos ferroviarios (10), con un circuito de admisión de aire (16) que contiene una calefacción (28) y con un circuito de refrigeración (18), que están acoplados a través de un intercambiador de calor de aire - aire (20), en el que en el circuito de refrigeración se expande aire de proceso en una turbina de expansión (22) y en el que este aire de proceso es aspirado después de circular a través del intercambiador de calor (20) para la refrigeración del aire de admisión por un compresor (24), es comprimido y es expulsado al medio ambiente, caracterizado porque el aire de escape descargado desde el compartimiento interior climatizado del vehículo (12) se puede conducir al menos en parte a través de la turbina de expansión (22) y porque se puede conducir en el modo de calefacción para el calentamiento previo directamente al intercambiador de calor (20).

2. Sistema de climatización de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se puede prever, respectivamente, al menos u ventilador (26, 40) para la alimentación de aire de admisión y/o para la descarga de aire de escape.

3. Sistema de climatización de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el compresor (24) y la turbina de expansión (22) están dispuestos junto con un motor sobre un árbol.

4. Sistema de climatización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se puede conducir aire ambiental desde el compartimiento interior de pasajeros (12), en una porción predeterminada, hacia el circuito de admisión de aire.

5. Sistema de climatización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el número de revoluciones del motor para el accionamiento de la turbina de expansión (22) es regulable.