<Desc/Clms Page number 1>
Elektrische Heizeinrichtung für Wasserbehälter in Eisenbahnfahrzeugen
Das in Eisenbahnfahrzeugen mitgeführte Wasser für Waschraum und WC muss während des Winters zum Schutz gegen Einfrieren beheizt werden. Bei elektrischer Traktion steht hiezu Heizenergie aus der die Wagen untereinander verbindenden elektrischen Heizleitung zur Verfügung. Dabei sind besondere Vorkehrungen nötig, dass die Heizeinrichtung bei Leerstehen des Wasserbehälters nicht Schaden leidet, sei es weil etwa die Heizeinrichtung bereits vor Füllen des Wasserbehälters eingeschaltet wurde, sei es, dass die gesamte Wasserfüllung während der Fahrt verbraucht wurde.
Werden die JJeizelemente direkt im Wasser angeordnet, so muss entweder mittels geeigneter Schaltmittel dafür gesorgt werden, dass sie bei entleertem Behälter abgeschaltet sind oder sie müssen so ausgebildet sein, dass sie auch ohne Wasserfüllung keine schädlichen Temperaturen erreichen, wobei sie ausserdem den Temperatursturz beim Wiederfüllen des Behälters mit Kaltwasser ausgesetzt sind. Es ist auch bekannt, dass das elektrische Heizelement nicht innerhalb des Behälters selbst, sondern in einem Nebenbehälter angeordnet ist, der durch zwei Öffnungen oder Rohrleitungen mit dem Hauptbehälter verbunden ist, so dass das Wasser infolge Thermosyphonwirkung im Hauptbehälter erwärmt wird. Da auch hier das Heizelement direkt im Wasser angeordnet ist, ergeben sich die gleichen Schwierigkeiten.
Bei Reisezugwagen, die mit Luftheizung ausgestattet sind, kann ein Teil der Heissluft durch einen Wärmeaustauscher zur Erwärmung des Wassers geleitet werden. Es bestehen dann keine Schwierigkeiten.
Bei Wagen mit direkter elektrischer Raumheizung wäre wohl eine gesonderte Luftheizung für die Erwärmung des Wassers denkbar, diese Lösung scheidet aber wegen der Kosten für die Erstellung einer eigenen Luftheizung für diesen Zweck aus. Man hat bei Wagen mit direkter elektrischer Raumheizung versucht, die Schwierigkeiten durch indirekte Beheizung des Wassers mit einem flüssigen Wärmeträger, etwa Öl oder Frostschutzmittel, zu umgehen, wobei eine von diesem Wärmeträger durchflossene Heizschlange im Wasserbehälter angebracht ist. Mit der Verwendung von Flüssigkeiten als Zwischenmedium ergeben sich aber andere Nachteile : Verdampfungsverluste beim Überhitzen, Leckverluste, gegebenenfalls mitverunreinigung des Wassers und bei Öl Brandgefahr.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizeinrichtung zu erstellen, bei der die angeführten Nachteile, wie Überhitzen der Heizelemente, die Anwendung besonderer Schaltmittel dagegen oder flüs- siger Wärmeträger für indirekte Beheizung vermieden werden. Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung für Wasserbehälter in Eisenbahnfahrzeugen mit einem ausserhalb des Wasserbehälters angeordneten Heizkörper, der über zwei Rohrleitungen miL deiu wasscrbehälter verbunden ist und infolge Thermosyphonwirkung durchströmt wird.
Erfindungsgemäss ist dieser Heizkörper derart angeordnet, dass er
EMI1.1
Umgebung, gegebenenfalls durch Anordnung von Kühlrippen, derart bemessen ist, dass im Zusammenwirken mit dem Wärmewiderstand zwischen dem Heizkörper und dem in diesem angebrachten elektrischen Heizelement bei Betrieb mit der bestimmungsgemäss zu erwartenden höchsten Betriebsspannung und Ausbleiben der Wasserströmung die Temperatur des Heizelementes einen innerhalb der schädigenden Grenztemperatur liegenden Wert annimmt. Der Wärmeübergangswiderstand gegen Luft ist etwa fünfzig- bis hundertmal so gross als gegen Wasser.
Bei einem unmittelbar im Wasser angeordneten Heizelement erhöht sich somit der Temperatursprung gegen die Umgebung auf das Fünfzig-bis Hundertfache, wozu noch die Erwärmung der im Behälter eingeschlossenen Luft hinzukommt. Bei der Einrichtung nach der Erfindung
<Desc/Clms Page number 2>
fliesst parallel zum Wärmestrom vom Heizkörper zum Wasser ein Wärmestrom vom Heizkörper unmittelbar in die Umgebungsluft. Werden, um als Beispiel einen Wert anzugeben, 1010 des erzeugten Wärme- stromes an die Umgebungsluft abgezweigt, so ist der Temperatursprung bei Fehlen der Wasserfüllung bloss etwa zehnmal so gross als bei Vorhandensein von Wasser.
Die Figuren zeigen in schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele, bei welchen für die Erfindung unwesentliche Einzelheiten, wie etwa Fü11- und Ablasseinrichtungen, weggelassen sind.
In Fig. 1 bedeutet 1 den Wasserbehälter. Unterhalb des Wasserbehälters ist ein Heizkörper 2, etwa ein
Block aus Leichtmetall, angeordnet. Dieser ist in Fig. 2 im Grundriss gesondert dargestellt. Das Wasser durchströmt den Heizkörper 2 durch die Bohrung 3. In einer weiteren Bohrung 4 ist ein elektrisches Heizelement 5 untergebracht. Bei eingeschalteter Heizung erwärmt sich das Wasser in der Bohrung 3 und steigt, da es spezifisch leichter wird, durch die Rohrleitung 6 auf, während durch die Rohrleitung 7 kaltes Wasser nachfliesst. Der Heizkörper wird also infolge Thermosyphonwirkung durchströmt. Die Heizung des Wassers erfolgt hier indirekt über das Metall des Heizkörpers, wobei der Heizkörper eine Temperatur annimmt, die nicht wesentlich über der des Wassers liegt.
Demnach ist auch der Temperaturunterschied des Heizkörpers gegen die umgebende Luft gering, so dass der grösste Teil der Wärme zur Heizung des Wassers herangezogen wird. Bleibt die Wasserströmung aus, so muss die ganze Wärme über die Oberfläche des Heizkörpers abgeleitet werden. Dieser ist hiezu gegebenenfalls mit Rippen 8 zur Verringerung des Wärmewiderstandes gegenüber der Umgebung versehen, Bei geeigneter Bemessung dieses Wärmewiderstandes kann auch bei Ausbleiben der Wasserströmung die Temperatur des Heizelementes in unschädlichen Grenzen gehalten werden.
Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung. Während es für die Klosettanlage nur wichtig ist, das Wasser vor dem Gefrieren zu bewahren, ist es wünschenswert. für die Waschgelegenheit wärmers Wasser bereitzustellen. Im aufsteigenden Wasserstrom (Rohrleitung 6) ist hiezu ein Zwischenbehälter 11 eingebaut, aus dem über den Auslass 12 Wasser für Waschzwecke entnommen werden kann. Da die Erwärmung des Wassers um so grösser ist, je langsamer die Strömung erfolgt, ist in die Rohrleitung 7 eine Drosseleinrichtung 13 eingefügt. Per Grad der Drosselung kann in Abhängigkeit von der Temperatur im Behälter 11 geregelt werden.
Im Ausführungsbeispiel ist hiezu ein Temperaturwächter 14 vorgesehen, der auf elektrischem Wege die Verstellung der Drosseleinrichtung 13 periodisch intermittierend bewirkt. Die Regelung könnte aber auch auf andere Weise erfolgen, etwa stetig durch Verstellung der Drosseleinrichtung auf mechanischem Wege mittels Bimetallstreifen.
Eine weitere Ausgestaltung ergibt sich durch Anordnung einer Verbindungsleitung 15 zwischen dem Warmwasserbehälter 11 und dem unteren Teil der Rohrleitung 7. In diese Verbindungsleitung ist eine Drosselstelle, z. B. ein Drosselventil 16, eingefügt. Ist dieses Ventil weit geöffnet, so ergibt sich im wesentlichen ein kurzer Kreislauf des Wassers. Die Wassertemperatur im Behälter 11 ist dann bedeutend höher als die im Behälter 1. Bei stärkerer Drosselung nähern sich die Temperaturen einander. Es ist dann weiters denkbar, die Stellung des Ventils 16 von der Wassertemperatur des Behälters 1 selbstätig zu regeln, um auch bei extremen Aussentemperaturen ein Gefrieren im Behälter 1 zu verhindern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Heizeinrichtung für Wasserbehälter in Eisenbahnfahrzeugen mit einem ausserhalb des Wasserbehälters (1) angeordneten Heizkörper (2), der über zwei Rohrleitungen (6/7) mit dem Wasserbehälter verbunden ist und infolge Thermosyphonwirkung vom Wasser durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (2) derart angeordnet ist, dass er von der Umgebungsluft umspült wird, wobei der Wärmeübergangswiderstand des Heizkörpers gegen die Umgebung, gegebenenfalls durch Anordnung von Rippen (8), derart bemessen ist.
dass im Zusammenwirken mit dem Wärmewiderstand zwischen dem Heizkörper (2) und dem in diesem angebrachten Heizelement (5) bei Betrieb mit der bestimmungsgemäss zu erwartenden höchsten Betriebsspannung und Ausbleiben der Wasserströmung die Temperatur des Heizelementes einen unter der schädigenden Grenztemperatur liegenden Wert annimmt.