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Dokumentenidentifikation DE602005000742T2 06.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001657506
Titel Belüftungssystem für den Fahrgastraum eines öffentlichen Verkehrsmittels
Anmelder Régie Autonome des Transports Parisiens, Paris, FR
Erfinder Riachi, Youssef, 92130 Issy les Moulineaux, FR;
Clodic, Denis, 75006 Paris, FR
Vertreter PFENNING MEINIG & PARTNER GbR, 10719 Berlin
DE-Aktenzeichen 602005000742
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 14.11.2005
EP-Aktenzeichen 053561981
EP-Offenlegungsdatum 17.05.2006
EP date of grant 21.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse F24F 13/072(2006.01)A, F, I, 20060411, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Behandlung der Luft eines Fahrgastraumes eines öffentlichen Verkehrsmittels sowie ein Fahrzeug, das mit einem solchen System ausgerüstet ist und ein entsprechendes Verfahren zur Behandlung der Luft.

Die Verbesserung des Komforts der öffentlichen Verkehrsmittel, wie der Busse, der Straßenbahnen und der Eisenbahnwagons bilden eine doppelte Herausforderung, was die Zufriedenheit der Passagiere und die Attraktivität des öffentlichen Verkehrs betrifft, wodurch so indirekt die Verwendung von Privatfahrzeugen begrenzt wird.

Die Luftzirkulation in einem Fahrgastraum eines großen Fahrzeuges, der extremen variablen Wärmebelastungen unterworfen ist, die insbesondere der Sonnenstrahlung und der Anzahl von Insassen geschuldet sind, bringt lufttechnische Probleme mit sich. Typischerweise variiert die Höhe eines öffentlichen Transportfahrzeuges zwischen 2,10 und 2,50 m, seine Breite zwischen 2 und 3 m und seine Länge zwischen 12 und 25 m. Die Luft muss somit in Volumen zirkulieren, die ungefähr zwischen 50 und 200 m3 variieren, was für ein mitgeführtes Filter-, Kühl- und/oder Heizsystem vielen Zwängen der Realisierung unterworfen ist, die mit dem thermischen Komfort der Insassen, der Qualität der Luft in dem Fahrgastraum und der energetischen Wirksamkeit des Systems verbunden sind.

Die Dokumente US-B-6745586, US-B-6709328, EP-A-0613796, US-A-4201064 und EP-A-0014777 beschreiben Systeme zur Behandlung von Luft eines öffentlichen Transportbusses. Nachdem sie die in den Fahrgastraum des Busses zu sendende Luft filtriert, geheizt und/oder gekühlt haben, schicken diese Systeme diese Luft in Kanäle, die vorgesehen sind, die Luft an unterschiedlichen Punkten des Fahrgastraums zu verteilen. Die Verteilung der behandelten Luft ist jedoch begrenzt, da in der Praxis nur die Bereiche des Volumens des Fahrgastraums, die gerade in der Nähe dieser Kanäle angeordnet sind, d. h. die Zonen des Fahrgastraums, die direkt der evakuierten Luft dieser Kanäle unterworfen sind, wirksam gereinigt, beheizt und/oder gekühlt werden. Außerdem führt die Funktionsweise dieser Systeme zu Kurzschlüssen zwischen der verteilten behandelten Luft und der Luft, die im Inneren des Fahrgastraums im Hinblick auf ihre Behandlung entnommen wird. Dies ist insbesondere der Fall für Systeme, die in ihrer Gesamtheit an der Decke des Fahrgastraums angeordnet sind. Es resultieren daraus Verluste in der energetischen Wirksamkeit und ein verringerter Komfort für die Insassen des Fahrgastraums.

DE-A-10258748 schlägt ein System zur Behandlung vor, das einen Kanal zur Verteilung von Luft umfasst, der an der Decke des Fahrzeugs angeordnet ist. Im Betrieb erzeugt dieser Kanal Turbulenzen in dem behandelten Luftvolumen, wodurch so eine gewisse Homogenisierung der Luft in dem Fahrgastraum ermöglicht wird. In der Praxis neigt jedoch die verteilte Luft dazu, sich in einer oder mehreren begrenzten Längsregionen des Kanals zu konzentrieren, da Letzterer keine spezifische Innenausstattung aufweist, was dazu führt, dass große Untervolumen des Fahrzeuges nicht wirksam ventiliert werden.

Das Ziel der Erfindung ist, ein System zur Behandlung vorzuschlagen, das merkbar die Bedingungen für den Komfort der Insassen des Fahrgastraums verbessert, wobei der energetische Verbrauch so gering wie möglich sein soll.

Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein System zur Behandlung von Luft eines Fahrgastraumes eines öffentlichen Verkehrsmittels zum Gegenstand, wie es in dem Anspruch 1 definiert ist.

Im Betrieb erzeugt das erfindungsgemäße Behandlungssystem Verwirbelungen mit der behandelten Luft, die aus der Hülle des oder jedes Verteilerkanals austritt. Dank eines Innendiffusors wird diese austretende Luft in einer im Wesentlichen homogenen Weise über die Länge des Kanals mit geringen Druckverlusten verteilt. Die Geschwindigkeit der Luft am Ausgang des Kanals wird schnell durch den Effekt der Turbulenzen gedämpft, um nicht einen Mangel an Komfort aufgrund von Luftzügen für die Passagiere zu erzeugen. Die erzeugten Verwirbelungen ermöglichen außerdem eine schnelle und homogene Diffusion der behandelten Luft in ein dem Kanal zugeordnetes Luftvolumen und nicht nur in direkter lotrechter Richtung dieses Kanals.

Andere Merkmale dieses Systems, allein oder entsprechend jeder technisch möglichen Kombination genommen, sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 aufgeführt.

Die Erfindung hat gleichfalls ein öffentliches Verkehrsmittel zum Gegenstand, das einen Fahrgastraum begrenzt, der mit einem System zur Behandlung von Luft, wie oben definiert, ausgerüstet ist.

Die Erfindung hat außerdem ein Verfahren zur Behandlung von Luft eines Fahrgastraumes eines öffentlichen Verkehrsmittels zum Gegenstand, das insbesondere durch das oben definierte System ausgeführt wird, wie es in dem Anspruch 13 definiert ist.

Ein vorteilhaftes Merkmal des Verfahrens ist in dem abhängigen Anspruch 14 angegeben.

Die Erfindung wird besser verstanden bei der Lektüre der folgenden Beschreibung, die lediglich beispielhaft angegeben ist und Bezug nimmt auf die Zeichnungen, in denen:

die 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Fahrgastraums eines öffentlichen Transportbusses ist, der mit einem Behandlungssystem nach der Erfindung ausgerüstet ist;

die 2 eine schematische Aufsicht eines Teils des Behandlungssystems der 1 ist;

die 3A und 3B perspektivische Ansichten unter jeweils unterschiedlichen Sichtwinkeln eines Verteilerkanals des Behandlungssystems der 1 sind, teilweise geschnitten;

die 4 eine schematische perspektivische Ansicht eines internen Bestandteils des Verteilerkanals der 3A und 3B ist; und

die 5 ein schematischer Schnitt entsprechend einer vertikalen Ebene V der 1 ist, der die Zirkulation der Luft illustriert, die durch einen Teil des Behandlungssystems der 1 verteilt wird.

In der 1 ist ein Fahrgastraum 1 eines öffentlichen Transportbusses 2 dargestellt, in dem die Insassen stehen oder auf Sitzen 2A sitzen. Dieser Fahrgastraum ist mit einem System 3 zur Behandlung seiner Innenluft ausgerüstet, das vier Behandlungseinheiten 4 umfasst. Jede dieser Behandlungseinheiten 4 bildet eine reproduzierbare Einheit, die abhängig von dem zu behandelnden Gesamtluftvolumen V des Fahrgastraums erweitert oder verringert werden kann, wobei jede Einheit so einem Elementarvolumen V4 zugeordnet ist, dass einem Bruchteil des Gesamtvolumens entspricht.

Der Bus 2 wird nicht weiter beschrieben, da er einen üblichen Aufbau aufweist, insbesondere was seinen Fahrgastraum 1 betrifft, der durch eine Decke, einen Boden und nicht im Einzelnen dargestellte Seitenwände begrenzt ist. Zur Vereinfachung beziehen sich die Begriffe "hoch", "niedrig" und dergleichen in der Folge auf den Boden, auf dem der Bus bei normaler Benutzung ruht. In gleicher Weise beziehen sich die Begriffe "vertikal" und "horizontal" jeweils auf Richtungen, die im Wesentlichen senkrecht und parallel zum Boden sind.

Wie detaillierter in der 2 dargestellt ist, umfasst jede Einheit 4:

  • – einen Kanal 5 für die Zufuhr von neuer Luft, dessen stromaufwärts gelegenes Ende in einen Raum außerhalb des Busses 2 mündet, insbesondere über dem Dach des Fahrgastraumes 1, wie in der 1 dargestellt ist;
  • – einen Kanal 6 zur Entnahme von Luft, dessen stromaufwärts gelegenes Ende in den unteren Bereich des Fahrgastraums 1 mündet, insbesondere den Bereich des Bodens dieses Fahrgastraums, wobei der strömende Bereich dieses Kanals 6 beispielsweise in Form einer im Wesentlichen vertikalen Stange ausgebildet ist, die im Inneren des Fahrgastraums angeordnet ist und von den Insassen des Busses 2 gegriffen werden kann;
  • – eine Kammer 7 zum Mischen von neuer Luft und abgeführter Luft, in die die stromabwärts gelegenen Enden der Kanäle 5 und 6 münden;
  • – eine Klappe 7A zum Regeln des Verhältnisses der Durchströmmengen an neuer Luft und entnommener Luft, die in beweglicher Weise an den stromabwärts gelegenen Enden der Kanäle 5 und 6 angeordnet ist;
  • – einen Filterkasten 8, der auf dem Strömungsweg der Luft stromabwärts zur Mischkammer 7 angeordnet ist und drei aufeinander folgende Filterorgane 9, 10 und 11 umfasst, die geeignet sind, Verunreinigungen der Luft mit jeweils abnehmender Größe zurückzuhalten;
  • – einen Ventilator 12 mit variabler Geschwindigkeit, der zwischen der Mischkammer 7 und dem Filterkasten 8 angeordnet ist und geeignet ist, Luft am Ausgang der Kammer anzusaugen und sie mit leichtem Überdruck zu dem Kasten zu richten;
  • – einen Kühler 13, der beispielsweise durch einen Verdampfer einer Kompressionskältemaschine gebildet ist;
  • – eine Heizeinrichtung 14, die beispielsweise eine elektrische Heizeinrichtung oder eine Einrichtung ist, die an den Kühlkreislauf des Motors des Busses 2 angeschlossen ist; und
  • – drei im Wesentlichen horizontale Kanäle 15, 16, 17 zur Verteilung der aus den Einrichtungen 13 und 14 austretenden Luft in den Fahrgastraum 1, die sich parallel zueinander entsprechend einer im Wesentlichen senkrechten Richtung zu der Längsrichtung des Busses erstrecken und die in dem oberen Teil des Fahrgastraumes 1 angeordnet sind, d. h. über dem zu behandelnden Luftvolumen V4, wobei sie beispielsweise an der Innenfläche der Decke des Busses befestigt sind, wie in der 1.

Das System 3 der 1 umfasst so zwölf Verteilerkanäle 15, 16 und 17, die sich entlang der Breite des Fahrgastraums 1 erstrecken. Andere Konfigurationen dieser Verteilerkanäle können ins Auge gefasst werden, ihre Anzahl kann erhöht oder verringert werden, und ihre Anordnung kann entlang der Länge des Fahrgastraums 1 vorgesehen werden, abhängig von der Größe des Fahrgastraums 1 und/oder den Installationsvorgaben in dem Bus 2.

In dem Filterkasten 8 gestattet das Element 9 das Abscheiden von groben Stäuben, und das Element 10 gestattet das Abscheiden von feineren Stäuben und von Pollen, während das Element 11, das insbesondere aktive Kohle umfasst, das Abscheiden von Makromolekülen gestattet, insbesondere von riechenden Makromolekülen. Vorteilhafterweise ist ein nicht dargestelltes Mittel zur Messung des Druckabfalls installiert, das die Drücke stromaufwärts und stromabwärts zu dem Filterkasten 8 berücksichtigt, um den notwendigen Wechsel der Filterelemente einem Schwellenwert des Anstiegs des Druckabfalls anzuzeigen.

Jeder Verteilerkanal 15, 16 und 17 ist angepasst, um die von den Komponenten 8, 13 und/oder 14 behandelte Luft in einer im Wesentlichen homogenen Weise über die gesamte Länge des Kanals in den Fahrgastraum 1 zu verteilen. Zu diesem Zweck weist jeder Kanal spezifische und von einem Kanal zum anderen identische Anordnungen auf, die weiter unten im Hinblick auf die 3 bis 5 für den Kanal 16 im Detail angegeben sind, dessen Längsmittelachse mit X-X bezeichnet ist.

Um eine über die Länge des Kanals 16 im Wesentlichen homogene Durchströmmenge an verteilter Luft sicherzustellen, ist der Kanal 16 im Inneren mit einem Diffusor 18 ausgerüstet, der eine im Ganzen gesehene Kegel- oder Kegelstumpfform aufweist und dessen Längsachse im Wesentlichen mit der Achse X-X übereinstimmt und zu dem stromabwärts gelegenen Ende des Kanals konvergiert. So ist das Ende mit dem größten Durchmesser des Diffusors 18 an dem stromaufwärts gelegenen Ende des Kanals 16 so angeordnet, dass es mit behandelter Luft versorgt wird, die von den Komponenten 8, 13 und 14 der Einheit 4 herstammt. Die Längen des Kanals und des Diffusors sind im Wesentlichen gleich.

Dieser Diffusor besteht aus einem Maschengewebe mit einer vorbestimmten Porosität, zwischen 25 und 40 %, wobei diese Porosität durch die Formel 1-(A&pgr;nd/4) quantifiziert ist, wobei d der Durchmesser des Fadens des Gewebes ist, n die Anzahl der Fäden pro Meter des Diffusors ist und A ein Korrekturfaktor, der praktisch ungefähr 1,05 beträgt. Diese Formel wird manchmal "Marcusformel" genannt. Vorteilhafterweise besteht das verwendete Gewebe oder Polypropylen oder Polyethylen.

Die konische oder kegelstumpfartige Form dieses Diffusors stellt eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung des Luftdurchsatzes in den stromaufwärts gelegenen sowie den laufenden und den stromabwärts gelegenen Bereichen des Kanals sicher und minimiert gleichzeitig die Druckverluste der diffundierten Luft. Zu diesem Zweck haben Experimente ermöglicht zu definieren, dass ein Verhältnis des Querschnitts von 1 zu 10 pro Meter für die vorbestimmte Porosität eine entsprechend der Richtung X-X im Wesentlichen homogene Luftverteilung sichert. Dieses Querschnittsverhältnis bedeutet, dass, wenn beispielsweise der Querschnitt 100 cm bei einer Abszisse x beträgt, der Querschnitt bei einer Abszisse x+1 m ungefähr 10 cm2 beträgt.

Der Verteilerkanal 16 umfasst gleichfalls eine äußere Hülle 17 in einer im Wesentlichen zylindrischen Form mit einer Achse X-X, in deren Innerem der kegelstumpfartige Diffusor 18 in einer im Wesentlichen koaxialen Weise angeordnet ist. Wie in der 5 dargestellt ist, ist diese Hülle im senkrechten Lot zu einem ersten Teil V16 des Volumens V4, wobei dieser Teil V16 der im Wesentlichen vertikalen Projektion der Hülle 19 in dem zu behandelnden Luftvolumen V4entspricht.

In ihrer zu dem Volumen V4 gerichteten Hälfte ist die Hülle 19 über den Hauptteil seiner Länge geschlitzt, um Spalten mit den Bezugszeichen 20A und 20B zu bilden. Im Querschnitt, wie in der 5, bildet jeder Spalt 20A, 20B für die Hülle 19 eine durchquerende radiale Öffnung in Bezug auf die Achse X-X, deren Richtung in Bezug auf die Vertikale geneigt ist, um einen Winkel &agr; zu bilden. Auf diese Weise läuft die längs der Hülle über jeden Spalt 20A, 20B ausströmende Luft nicht am Ausgang dieser Hülle zu dem Teil des Volumens V16 zusammen, sondern ist, wie durch den Pfeil 21A und 21B angegeben, zu einem anderen Teil des Volumens V4, benachbart zu dem Teil V16, gerichtet und ist mit V16A und V16B in der 5 bezeichnet. Die so zu dem Teil des Volumens V16 schräg ausströmende Luft erzeugt einen turbulenten Strom 22A, 22B, der sich sowohl in dem benachbarten Teil des Volumens V16A, V16B als auch in dem Teil des Volumens V16 einrollt. Diese Verwirbelungen resultieren aus der Tatsache, dass der aus jedem Spalt 20A, 20B ausströmende Luftstrom, indem er sich von der Hülle entfernt, sei es mit einem analogen Luftstrom, der von einem benachbarten Kanal ausströmt, wie für die Luftströme 21A und 21B, die jeweils aus den Kanälen 16 und 17 in der 5 ausströmen, sei es mit einer senkrechten Wand P, die den Fahrgastraum 1 begrenzt, wie für den Luftstrom 21B, der aus dem Kanal 17 in der 5 ausströmt, konfrontiert wird.

Im Betrieb versorgt jede Behandlungseinheit 4 ihre Diffusionskanäle 15, 16 und 17 mit Luft, die zugleich von dem Ventilator 12 mitgenommen wird, von dem Kasten 8 filtriert und von der Kühlanordnung 13 gekühlt oder von der Heizanordnung 14 geheizt wird, wie durch die Pfeile 23 in der 2 angegeben ist. Diese behandelte Luft wird in im Wesentlichen homogener Weise über die gesamte Länge der Verteilerkanäle dank der Diffusoren 18 verteilt, mit einem geringen Druckverlust. Die am Ausgang der Hüllen 19 dieser Kanäle verteilte Luft erzeugt mittels der geneigten Spalten 20A und 20B turbulente Ströme 22A, 22B, die eine gute homogene Verbreitung der Luft in dem Volumen V4 gestatten.

Die Erzeugung der turbulenten Ströme 22A, 22B benötigt, dass die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft an den Spalten 22A und 22B relativ erhöht ist, in der Größenordnung von 5 bis 10 m/sec. Die Turbulenzen in diesen turbulenten Strömen dämpfen jedoch sehr schnell die Geschwindigkeit der verteilten Luft, wodurch so kein Unbehagen durch Luftzug für die Insassen des Busses 2 erzeugt wird. Experimente haben gezeigt, dass der Neigungswinkel der Spalten 20A, 20B vorteilhafterweise zwischen 40° und 50° liegen soll, besonders vorteilhaft liegt er bei ungefähr 45°. Bei diesen Bedingungen hat man gemessen, dass an einem ungefähr 20 cm von der Hülle 19 entfernten Punkt der Modul des Geschwindigkeitsvektors der verteilten Luft in dem Fahrgastraum 1 nur in der Größenordnung von 0,2 bis 0,3 m/sec liegt, wodurch so keine Luftzugwirkung für die Passagiere vorhanden sind.

In der Praxis können unterschiedliche geometrische Parameter der Verteilerkanäle 15, 16, 17 modifiziert werden, um sich besser an den Fahrgastraum anzupassen, dessen Luft behandelt werden muss. Insbesondere könne die Werte des Abstandes zwischen zwei benachbarten Kanälen und des Winkels &agr; eingestellt werden, um die tote Zone zwischen den Verteilerkanälen durch die Erzeugung von Verwirbelungen, die sich von einem Kanal zum anderen verbinden, zu reduzieren. Auch wird die Breite der Spalte 20A, 20B abhängig von der Länge des Kanals und des Durchsatzes der zu verteilenden Luft gewählt, derart, dass die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft am Ausgang des Kanals zwischen 5 und 10 m/sec verbleibt. Diese Werte sind beispielsweise durch Rechnung aufgestellt, insbesondere durch numerische Simulation.

Zusätzlich zu den Wirkungen der oben beschriebenen turbulenten Luftströme wird die Verteilung der von jeder Einheit 4 behandelten Luft in ihrem zugeordneten Luftvolumen V4 durch die Aufnahme von Luft in dem Fahrgastraum in seinem unteren Teil an dem stromaufwärts gelegenen Ende des Entnahmekanals 6 verbessert. Die behandelte Luft zirkuliert so von oben nach unten, vertikal das ganze Volumen V4 überstreichend. Außerdem mischt jede Einheit 4 in ihrer Kammer 7 diese entnommene Luft, die durch den Pfeil 25 bezeichnet ist, mit der von außen zu dem Fahrgastraum 1 gesehenen mittels des Einlasskanals 5 aufgenommenen Luft, die durch den Pfeil 26 bezeichnet ist. Die jeweiligen Verhältnisse von entnommener Luft und neuer Luft werden durch die Position der Regelklappe 7A festgelegt.

Da die durch jede Behandlungseinheit 4 verteilte Luft einen Teil der entnommenen Luft integriert, die zuvor in den Fahrgastraum über die Verteilerkanäle 15, 16, 17 eingeblasen wurde, ist die notwendige Energie des Ventilators 12 zum Zirkulieren der Luft verringert, wodurch so der energetische Verbrauch des Systems 3 begrenzt wird.

Nach einem zweiten vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst das Behandlungssystem 3 einen elektronischen Regler 30. Dieser Regler ist vorgesehen, um die Funktionsweise der Behandlungseinheiten 4 zu steuern und, obwohl in der 2 eher nur in Verbindung mit einer einzigen dieser Einheiten 4 dargestellt ist, ist der Regler 30 vorteilhafterweise gemeinsam für alle vier Behandlungseinheiten 4 vorgesehen.

Der Regler 30 ist angepasst, um an jeder Behandlungseinheit 4 die Verhältnisse von neuer Luft und zu behandelnder entnommener Luft, den Durchsatz der verteilten Luft und die an die Kühl- und Heizeinheiten 13, 14 gelieferte Leistung in Hinblick auf die Aufrechterhaltung der hygienischen und Komfortbedingungen für die Passagiere und auf die Minimierung des Energieverbrauchs des Behandlungssystems 3 einzustellen.

Zu diesem Zweck schließt der Regler 30 für jede Behandlungseinheit 4 ein Regelmodul 32 für die Mischkammer 7, ein Regelmodul 34 für den Ventilator 12, ein Modul 36 zum Regeln der Kühleinrichtung 13 und ein Modul 38 zum Regeln der Heizeinrichtung 14 ein. Der Regler ist außerdem unterschiedlichen Messaufnehmern und Regelschnittstellen zugeordnet, die weiter unten im Rahmen der Beschreibung eines Regelbeispiels im Kühlmodus beschrieben werden, d. h. eine Regelung, die dahin zielt, dass die Temperatur der verteilten Luft soweit wie möglich an eine kalte Solltemperatur abgesenkt wird, die beispielsweise an einem Sollwertgehäuse 40 entnommen wird.

Um dieses Beispiel besser zu verstehen, berücksichtigt man, dass die Kühleinrichtung 13 eine Kompressionskühlmaschine ist, d. h. dass sie auf die sie durchquerende Luft wirkt, um den Temperaturwert mittels eines geschlossenen Kreises für Kühlflüssigkeit abzusenken, die aufeinander folgend in einem Kompressor, einem Kondensator, einem Entspannungsventil und einem Verdampfer zirkuliert.

Zu einem ersten Zeitpunkt berechnet der Regler 30 die Wärmebelastung des Volumens V4 und den minimalen Luftdurchsatz von einem hygienischen Standpunkt aus, um dieses Volumen zu behandeln, abhängig von:

  • – der Anzahl der in dem Volumen V4 vorhandenen Passagiere, die von einem zugeordneten Messaufnehmer 42 bestimmt wird,
  • – von dem Temperaturwert der Luft außerhalb des Fahrgastraumes 1, der von einem Sensor 44 gemessen wird,
  • – von dem Temperaturwert der in den Kanal 6 aufgenommenen Luft, gemessen von einem Sensor 46.

Auf der Grundlage des minimalen Durchsatzes an neuer Luft zum Erneuern der Luft im Volumen V4, der von dem Regler 30 abhängig von der Anzahl der Passagiere berechnet wurde, modifiziert das Regelmodul 32 die Position der Klappe 7A und gibt so die Verhältnisse von neuer Luft und von alter Luft vor, die in die Luftkammer 7 eingelassen werden. Darüber hinaus beschließt der Regler 30, wenn der Temperaturwert der Außenluft geringer als der Temperaturwert der entnommenen Luft ist, dass es möglich ist, einen "kostenlosen" Kühleffekt, d. h. ohne Energieverbrauch, zu erhalten, indem der Durchsatz an neuer zu geführter Luft durch eine entsprechende Verschiebung der Klappe 7A erhöht wird. Abhängig vom Verhältnis neue Luft zu entnommener Luft, das von der Klappe 7A vorgegeben wird, vom Sonneneinfall, dem der Fahrgastraum 1 unterworfen ist und der von einem Sonnensensor 48 gemessen wird, und von der in dem Volumen V4 vorhandenen überschüssigen Wärmemenge, die von dem Regler 30 aus dem Vergleich der Werte der Solltemperatur und der Temperatur der entnommenen Luft abgeleitet wird, stellt das Regelmodul 34 den Einblasdurchsatz der behandelten Luft ein, indem die Versorgungsspannung des Ventilators 12 modifiziert wird. Als Beispiel wird angenommen, dass der Bedarf an neuer Luft pro Passagier als 20 m3 pro Stunde betrachtet werden kann. Wenn beispielsweise die Leistung der von dem Ventilator 12 geblasenen Luft zwischen 1.000 und 2.000 m3 pro Stunde variieren kann, wendet das Modul 34 die Formel 1000 × (1 + Np/Nm) an, wobei Np die Anzahl der vorhandenen Passagiere und Nm die maximal zulässige Anzahl von Passagieren ist, um den Ventilator 12 zu steuern.

Zu einem zweiten Zeitpunkt zielt das Regelmodul 36 darauf, den Energieverbrauch der Kompressionskühlmaschine 13 zu minimieren und umfasst zu diesem Zweck ein Untermodul zur Regelung des Kondensators dieser Maschine und ein Untermodul zum Regeln des Kompressors der Maschine. Genauer gesagt besteht das Untermodul der Regelung des Kondensators aus einer unabhängigen Schleife, die die Temperaturwerte der Luft außerhalb des Fahrgastraumes 1 und der Kühlflüssigkeit in dem Hochdruckteil des Kondensatorkreises verwendet. Von diesen zwei bekannten Werten wird die Versorgungsspannung eines Ventilators mit variabler Geschwindigkeit, der dem Kondensator zugeordnet ist, eingestellt. Das Untermodul zur Regelung des Kompressors variiert, was ihn betrifft, das Spülvolumen des Kompressors über ein zugeordnetes Elektroventil, dessen Technologie bekannt und auf dem Markt für Kompressoren mit variablen Volumen disponibel ist. Die von dem Untermodul zur Regelung des Kompressors verwendeten Parameter sind der Durchsatz der auf den Verdampfer der Kühlmaschine 13 geblasenen Luft, der Abstand zwischen den Werten der Solltemperatur und der Temperatur der auf den Verdampfer geblasenen Luft, die Drehgeschwindigkeit des Kompressors und die Druckwerte der Verdampfung und der Kondensierung des Kühlfluids. Auf der Grundlage dieser Parameter und unter Berücksichtigung der Charakteristiken des Kompressors, nämlich seiner Gesamtleistung und seiner Volumenleistung, kann der Regler 30 eine Steuerspannung für das zuvor erwähnte Elektroventil festlegen, das das Spülvolumen des Kompressors steuert und dadurch den Durchsatz des komprimierten Kühlfluids einstellt.

Es soll beispielhaft ein Bedarf an Kühlleistung in der Größenordnung eines Drittels der Maximalleistung angenommen werden. In diesem Fall ist die Anzahl von Passagieren reduziert, die Außentemperatur ist beispielsweise 25°C und die Solltemperatur ist gleich 25°C. Die Kühlmaschine 13 muss dann nur die eintretende Sonnenbelastung und die Wärmebelastung, die mit der Anzahl der vorhandenen Passagiere verbunden ist, kompensieren. Die Blastemperatur ist dann beispielsweise 17°C, und gemäß der Drehgeschwindigkeit des Kompressors wird das Steuerelektroventil das Spülvolumen des Kompressors auf nur ein Drittel seines maximalen Hubraums einstellen.

So modifiziert der Regler für jede Behandlungseinheit 4 die von dieser Einheit behandelte Luftmenge und die Temperatur dieser Luft abhängig von der Anzahl der in dem der Einheit zugeordneten Luftvolumens vorhandenen Passagiere und vom Wärmestrom, dem dieses Volumen V4 ausgesetzt ist, dies alles unter Minimierung der Energieverbräuche der Einheit, indem sie an die realen Bedürfnisse der Behandlung der Luft durch Modulation des Durchflusses des Kühlfluids in dem Kompressor der Kühlmaschine 13 und durch Modulation der Versorgungsspannung des Ventilators 12 angepasst werden.

Eine Regelung im Heizmodus verwendet die gleichen oben detaillierter aufgeführten Variablen, jedoch in Hinblick auf die Erhöhung des Temperaturwertes der von dem System 3 verteilten Luft bis zu einer warmen Solltemperatur.

Die Tatsache der Berücksichtigung der Anzahl von in dem Fahrgastraum 1 vorhandenen Passagiere ist besonders nützlich, da die Dichte der Besetzung eines öffentlichen Verkehrsmittels wie des Busses 2 zwischen 0,3 und 3 Personen pro m2 variieren kann. Dieser zehnfache Faktor bringt starke Veränderungen der Wärmebelastungen sowie starke Veränderungen der Nähe und somit der hygienischen Anforderung mit sich.

Unterschiedliche Anordnungen und Varianten des Behandlungssystems 3, die weiter unten beschrieben sind, sind darüber hinaus denkbar:

  • – Die Kühl- und Heizeinrichtung 13, 14 können durch ein Wärmepumpensystem ersetzt werden, das von einem Kühlmodus im Sommer auf einen Heizmodus im Winter geschaltet werden kann; und
  • – die Anzahl und die Geometrie der Ausströmöffnungen der behandelten Luft über die Außenhülle 19 der Verteilerkanäle 15, 16, 17 können modifiziert werden, um insbesondere an die Länge der Kanäle angepasst zu werden.


Anspruch[de]
System (3) zur Behandlung der Luft eines Fahrgastraumes (1) eines öffentlichen Verkehrsmittels (2), umfassend mindestens eine Einheit (4) zur Behandlung eines Luftvolumens (V4) des Fahrgastraumes, die mindestens einen Kanal (15, 16, 17) zur Verteilung von behandelter Luft in dem Luftvolumen einschließt, der in lotrechter Richtung eines ersten Teils (V16) des Luftvolumens angeordnet ist und eine lang gestreckte und über ihre Länge durchbrochene Außenhülle (19) umfasst, wobei die längs dieser Hülle ausströmende Luft am Austritt der Hülle zumindest teilweise zu einem zweiten Teil (V16A, V16B) des Luftvolumens (V4) unterschiedlich zum ersten Teil (V16) gerichtet ist, um mindestens eine turbulente Strömung (22A, 22B) in dem ersten und zweiten Teil des Luftvolumens zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Verteilungskanal (1S, 16, 17) außerdem einen Innendiffusor (18) umfasst, der von der Hülle (19) umgeben ist und aus einem porösen Gewebe mit einer im Wesentlichen kegeligen Form besteht, mit einer Längsachse (X-X), die gemäß der Länge der Hülle (19) angeordnet ist und der, wenn er mit Luft an seiner Basis versorgt wird, geeignet ist, die Luft zu verteilen, die er über seine Länge in im Wesentlichen homogenen Weise ausströmen lässt. System (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (19) mindestens einen Längsspalt (20A, 20B) begrenzt, der die Hülle entsprechend einer Richtung quer zur Längsrichtung (X-X) der Hülle durchquert. System (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des Spaltes (20A, 20B) einen Winkel (&agr;) mit einem Wert zwischen 40° und 50° in Bezug auf die Vertikale bildet, vorzugsweise einen Winkel, der 45° beträgt. System (3) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsverhältnis des kegelförmigen Diffusors (18) 1/10 pro Meter über die Länge des Diffusors misst. System (3) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmige Diffusor (18) eine Porosität mit einem wert zwischen 25 und 40 % aufweist. System (3) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Behandlungseinheit (4) stromaufwärts zu dem oder den Verteilerkanälen (15, 16, 17) Mittel (8) zum Filtern der Luft einschließt, die vorzugsweise mehrere Filterelemente (9, 10, 11) umfassen, die angepasst sind, aufeinander folgende Verunreinigungen mit fallender Größe zu filtern. System (3) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Behandlungseinheit (4) Mittel (6) zur Entnahme von Luft von der Seite des Luftvolumens (V4) entgegengesetzt zu dem oder den Verteilerkanälen (15, 16, 17) einschließt. System (3) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Behandlungseinheit (4) eine Kammer (7) zum Mischen von neuer, von außerhalb des Fahrgastraums (1) gewonnener Luft mit Luft, die von den Entnahmemitteln (6) kommt, einschließt. System (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel (7A, 30, 32) zur Steuerung der Anteile an neuer und an rückgeführter Luft umfasst, die in die Mischkammer (7) zugelassen wird, wobei die Mittel abhängig von mindestens der Anzahl von Personen geregelt werden, die in dem Luftvolumen (V4) vorhanden sind. System (3) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Behandlungseinheit (4) Mittel zum Heizen (13) und/oder Abkühlen der zu behandelnden Luft einschließt. System (3) nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass es elektronische Mittel (30) zur Regelung der oder jeder Behandlungseinheit (4) umfasst, die angepasst sind, um gleichzeitig die Verhältnisse an neuer Luft und an rückgeführter Luft, die der Mischkammer zugeführt werden, den Durchsatz der behandelten Luft, die an den oder die Verteilungskanäle (15, 16, 17) geschickt wird, und die an die Mittel zum Heizen (13) und/oder zum Kühlen (14) gelieferte Energie abhängig von mindestens der Anzahl von Personen, die in dem der Behandlungseinheit zugeordneten Luftvolumen (V4) vorhanden sind, vom Sonnenlicht, dem der Fahrgastraum (1) unterworfen ist, von der Außenumgebungstemperatur und einem Sollwert, der für die Temperatur der behandelten Luft bestimmt wird, zu steuern. Verkehrsmittel (2), das einen Fahrgastraum (1) einschließt, ausgerüstet mit einem System zur Behandlung von Luft entsprechend einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche. Verfahren zur Behandlung von Luft eines Fahrgastraumes (1) eines Verkehrsmittels (2), bei dem man mindestens einen Verteilerkanal (15, 16, 17), der in lotgerechter Richtung zu einem ersten Teil (V16) eines Luftvolumens (V4) des Fahrgastraumes angeordnet ist, mit behandelter Luft versorgt und man die behandelte Luft längs des oder jedes Kanals abführt, indem mindestens ein Teil dieser Luft, austretend aus dem Kanal, zu einem zweiten Teil (V16A, V16B) eines Luftvolumens (V4), verschieden zu dem ersten Teil (V16), gerichtet wird, um mindestens einen turbulenten Strom (22A, 22B) in dem ersten und zweiten Teil des Luftvolumens zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass man die den oder jeden Verteilerkanal (15, 16, 17) versorgende Luft in im Wesentlichen homogener Weise über die Länge des Kanals verteilt, indem ein Diffusor (18) verwendet wird, mit dem der Kanal im Inneren ausgerüstet ist und der aus einem porösen Gewebe besteht und eine im Wesentlichen kegelförmige Form mit einer Längsachse (X-X) aufweist, die entsprechend der Länge des Kanals angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmgeschwindigkeit der Luft aus dem oder jedem Verteilerkanal (15, 16, 17) zwischen 5 und 10 m/s liegt.






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