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Seitengangheizung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Seitengangheizung für ein Fahrzeug mit Abteilen und als Vor- raum zu diesen dienendem Seitengang, das mit einer Lüftungs-oder Klimaanlage versehen ist, beider jedem Abteil ein Luftgemischgerät zugeordnet ist, in das über je ein Ventil eine Zuleitung für kältere und eine Zuleitung für wärmere Luft mündet, wobei die Zuleitung für kältere Luft und die Zuleitung für wärmere Luft von je einer für alle Abteile gemeinsamen, entlang dem Fahrzeug verlaufenden Verteillei- tung abzweigen.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass der als Vorraum der Abteile dienende Seitengang gegenüber den Ab- teilen eine gewisse Temperaturabweichung aufweisen darf, ohne dass dies von den Reisenden als unangenehm empfunden wird oder sich auf sie schädlich auswirken würde. Im Sommer darf sie bis etwa 50C hö- her, im Winter etwa 50C tiefer sein. Trotzdem bietet es bei Fahrzeugen infolge derbeschränkten Raumverhältnisse und der geringen verfügbaren Energie sowie der Forderung nach Gewichtseinsparung, den rauhen Betriebsverhältnissen und den stark streuenden Aussenverhältnissen einige Schwierigkeit, eine zweckmässige Anordnung für die Seitengangheizung bzw. - Kühlung zu finden.
Hiebei ist zu berücksichtigen, dass der Seitengang im Winter bis etwa 1/3 der gesamten für das Fahrzeug benötigten Heizleistung beansprucht.
Ein gewisser Anteil des Wärme- bzw. Kältebedarfes wird zwar durch die aus den Abteilen in den Seitengang gelangende Abluft und durch Wärmedurchgang durch die Trennwände zwischen den Abteilen und dem Seitengang gedeckt. Es muss aber immer noch ein grösserer Anteil durch andere Mittel aufgebracht werden.
Zu diesem Zweck sind bisher verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden. Am verbreitetsten ist das Anbringen einer besonderen Heizung durch mittels Warmwasser oder Dampf gespeisten Radiatoren oder durch elektrische Heizung. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, von beiden Stirnseiten her warme Luft in den Seitengang zu blasen. Endlich ist eine Anordnung bekanntgeworden, bei der eine stromabwärts von einer Wärmequelle ausgehende Abzweigleitung für die Warmluft durch den Seitengang geführt wird, wobei diese Leitung stromaufwärts eines Frischluftfilters zur Klimazentrale zurückgeführt wird und die Wärmeabgabe an den Seitengang durch Konvektion erfolgt.
Bekannt wurden auch Zweikanal-Luftheizungen für Eisenbahnfahrzeuge, unter Verwendung einerverteilerleitung für die Warmluft, bei denen der gesamte Luftstrom nach Durchströmen eines ersten Erhitzers in zwei Teile zerlegt wurde, von denen der eine für die Warmluft in einem zweiten Erhitzer auf eine gegenüber der Temperatur des andern Teilstromes mit Lauluft erhöhte Temperatur gebracht wird und bei denen die beiden Erhitzer an den Wärmekreislauf eines Warmwasserkreises angeschlossen sind. Aus jeder der beiden längs des Wagens verlegten Luftleitungen treten dann Teilströme durch die von Raumthermostaten gesteuerten Klappen in eine Mischkammer und von dieser in die jeweiligen Abteile des Eisenbahnwagens. Aus Öffnungen der Warmluftleitung tritt ausserdem ständig ein Teilstrom an Warmluft aus, durch den die Wand des Wagens beheizt wird.
Alle diese Anordnungen erheischen jedoch eine besondere Regulierung und Überwachung und besondere, kostbaren Raum beanspruchende Leitungen. Bei der Anwendung auf Eisenbahnwagen setzen sie auch zum Teil voraus, dass bestimmte Energiequellen in ausreichendem Mass vorhanden sind, was durchaus
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nicht immer der Fall ist. Insbesondere wird in neuerer Zeit gefordert, Wasser als Wärmeübertragungs- mittel möglichst zu vermeiden.
Durch die Erfindung sollen diese Nachteile vermieden und die gestellten Forderungen besser als bis- her erfüllt werden. Sie ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit einer sogenannten Zweikanal- Kli- maanlage der eingangs angeführten Art für die Heizung bzw. Kühlung der Luft in den Abteilen des
Fahrzeuges anwendbar.
Die erfindungsgemässe Seitengangheizung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilleitung für wärmere Luft im Seitengang, vorzugsweise entlang dessen Aussenwand unterhalb der Fensterbrüstung verläuft und als Konvektor für die Heizung des Seitenganges ausgebildet ist, und dass die Verteilleitung für die kältere Luft von der Verteilleitung für wärmere Luft räumlich getrennt, vorzugsweise längs der die Abteile abgrenzenden Aussenwand verläuft.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist im Bereich minde- stens einer endständigen Abzweigleitung eine in Längsrichtung verlaufende, den Kanalquerschnitt teilen- de und parallel zur Ebene der Mündung der Abzweigleitung stehende Trennwand angeordnet, die einen, einen reduzierten Querschnitt aufweisenden Transportkanal, der mit dem der Lufteintrittsstelle zugekehrten, einen vollen Querschnitt aufweisenden Kanal verbunden ist, sowie einen auf den restlichen Querschnitt reduzierten
Verteilkanal bildet, der gegen das der Lufteintrittsstelle zugekehrte Ende abgeschlossen ist und mit dem
Transportkanal an dem der Lufteintrittsöffnung entgegengesetzten Ende kommuniziert und mindestens die Zuströmöffnung für die zum letzten Abteil führende endständige Abzweigleitung enthält.
Die erfindungsgemässe Lösung bringt im Vergleich mit den bisher bekanntgewordenen Systemen für die Seitengangheizung erhebliche Vorteile. Die Verteilkanäle für Kalt- und Warmluft können weit voneinander entfernt verlegt werden ; sie müssen daher nicht gegeneinander isoliert werden. Der Verteilkanal für Warmluft nimmt keinen nützlichen Raum weg, da er im Gang z. B. unterhalb der Fenster an einer
Stelle verlegt werden kann, die andernfalls von einem andern notwendigen Heizaggregat eingenommen würde. Die Dimensionen können dabei so abgestimmt werden, dass für die Seitengangheizung keine besondere Regulierung,. Bedienung oder Überwachung erforderlich ist, da dies selbsttätig von den ohnehin vorhandenen Mischventile besorgt wird.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles, welches in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist, näher erläutert.
An der Unterseite eines Eisenbahnwagens B mit Abteilen C und Seitengang D ist eine Klimazentrale A zur Aufbereitung von Luft untergebracht. Aussenluft wird durch das Luftgitter l mittels des Ventilators 2 angesaugt und in den Kanal 3 gedrückt. Sie gelangt über das Filter 4 zu den unter sich getrennten Teilen, u. zw. dem Heizteil 5 und Kälteteil 6, in denen der eine Luftstrom mittels an sich bekannter in den Zeichnungen nicht dargestellter Einrichtungen erwärmt und der andere gekühlt wird. Das Ausmass dieser Erwärmung und/oder Kühlung wird durch nicht dargestellte bekannte Reguliermittel je nach den jeweiligen Bedürfnissen und Gegebenheiten zwischen Null und dem Höchstwert gesteuert.
An den Kälteteil 6 ist der Verbindungskanal 8 zum Kaltluftverteilkanal 10 angeschlossen, der längs der Fahrzeugwand, an die die Abteile anstossen, geführt ist und je eine Abzweigung 14 zu den in den Abteilen C vorzugsweise unter der Sitzbank untergebrachten Luftmischaggregaten 12 hat. Der Verbindungskanal 8 ist vorteilhafterweise wärmeisoliert, wogegen der Kaltluftverteilkanal 10 auch unisoliert bleiben kann und damit nur wenig Raum und insbesondere auch keine grossen Durchbrüche durch Fahrzeuggestellteile benötigt. Gegebenenfalls wird eine Isolation gegen die Wagenaussenwand und ein Strahlungs-und Berührungsschutz gegen das Abteil angebracht.
An den Wärmeteil 5 ist der vorteilhafterweise wärmeisolierte Verbindungskanal 7 zu dem im Seitengang D untergebrachten Warmluftverteilkanal 9 angeschlossen. Letzterer ist höchstens ge- gen die Fahrzeugwand wärmeisoliert, im übrigen aber so angeordnet und ausgebildet, dass er als Konvek- tionsheizkörper wirkt. Er besteht somit aus gut wärmeleitendem Material und verläuft praktisch längs des ganzen Seitenganges. Um seine Wirksamkeit zu erhöhen, ist seitlich gegen den Gang ineinembestimmten Abstand vom Kanal ein Leitblech 16 angeordnet, das die Luftströmung längs des Kanales der aufsteigenden Warmluft unterstützt und zugleich einen mechanischen Schutz darstellt.
Der Warmluftverteilkanal ist also in so grosser Entfernung vom Kaltluftverteilkanal angeordnet, dass zwischen den beiden Kanälen keine direkte Wärmebeeinflussung stattfinden kann, auch wenn sie nicht gegeneinander isoliert sind.
Vom Warmluftverteilkanal 9 gehen Zweigleitungen 11 zu den Luftmischaggregaten 12.
Diese Zweigleitungen lassen sich ebenfalls leicht und in geschützter Lage unterbringen, teils unter dem Fahrzeugboden, teils unter der Sitzbank in den Abteilen. Sie benötigen daher höchstens eine örtlich
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begrenzte Wärmeisolation, so dass auch für sie verhältnismässig geringe Aussenquerschnitte erforderlich sind.
Aus den Mischluftaggregaten wird die auf die erforderliche Temperatur gebrachte und zugleich für die Lufterneuerung in den Abteilen C dienende Mischluft über Leitungen 13 unter leichtem Über- druck in die Abteile ausgeblasen, vorteilhaft durch unter den Fenstern untergebrachte Induktionsaus- lässe 15, die eine rasche und gleichmässige Vermischung mit der Raumluft bewirken und zugleich die gegebenenfalls längs der Aussenwand nach unten gleitende Kaltluftschicht unwirksam machen.
Eine Abgabe von Wärme aus der Warmluft an den Seitengang durch den Konvektionsheizkörper 9 kann nur dann erfolgen, wenn die Ventile in den angeschlossenen Luftmischaggregaten 12 so stehen, dass Warmluft durch den Verteilkanal 9 fliesst. Im allgemeinen wird aber nur dann im Seitengang
Wärme benötigt, wenn auch die Abteile Wärme und damit mehr oder weniger Warmluft verlangen. Dar- aus ergibt sich eine erste selbsttätige Regelung der Seitengangheizung, indem sie ohne weiteres wirksam wird, wenn Wärmebedarf vorhanden ist und andernfalls ausser Kraft tritt.
Wird nun der Warmluftverteilkanal 9, der gleichzeitig als Konvektionsheizkörper im Seitengang wirkt, so dimensioniert, dass die Luftgeschwindigkeit im Inneren verhältnismässig gross ist, z. B. etwa 10 m/sec bei völlig geöffneten Warmluftventilen in den Mischaggregaten 12, so ist die Wärme- übergangszahl im Inneren des Konvektionsheizkörpers von der Luft an die Wandung wesentlich grösser als die Wärmeübergangszahl des Heizkörpers an die Umgebungsluft.
Bei verhältnismässig grossen Geschwindigkeiten der Warmluft im Kanal Ist also die äussere Wärme- übergangszahl die vorwiegend bestimmende Grösse für die Heizwirkung. Dadurch wird erreicht, dass die Wärmeabgabe des Seitengang-Konvektionsheizkörpers 9 vorerst praktisch gar nicht und sodann nur in verhältnismässig geringfügigem, wenn auch langsam steigendemausmass abnimmt, wenn die Warmluftventile der Luftmischaggregate insgesamt zunehmend gedrosselt werden. Erst wenn die Luftmischaggregate 12 insgesamt während einiger Zeit eine erheblich geringere Warmluftmenge, etwa nur noch 25% beim vorgenannten Beispiel, verlangen, nimmt die Heizleistung des Seitengangkonvektors rascher ab bis gegen Null.
In diesem Bereich ist aber die Seitengangheizung kaum mehr nötig. da ohnehin noch eine gewisse Beeinflussung durch die Abluft aus den Abteilen wirksam bleibt und eine geringe Temperaturdifferenz zwischen Abteilen und Seitengang nicht nur zulässig sondern erwünscht ist.
Werden hingegen die Verhältnisse so gewählt, dass im Seitengangkonvektor bei voll geöffneten Warmluftventilen der Verbraucher eine Geschwindigkeit der Warmluft von 5 m/sec resultiert, so geht die Heizleistung auf etwa 67% zurück, wenn die Ventile insgesamt auf 40% gedrosselt werden, also auf annähernd denselben Wert, der bei 10 m/sec und Drosselung der Ventile auf 25% resultiert.
Im Sinne einer solchen selbsttätigen Abstimmung der Heizleistung des Seitengangkonvektors auf den wechselnden Wärmebedarf in den Abteilen, der ausser von der Besetzung durch Personen, unter anderem durch die Aussentemperatur, die Einstrahlung und die Wärmeverluste bedingt ist, ergeben sich noch brauchbare Werte, wenn zufolge entsprechender Auslegung bei vollgeöffneten Ventilen der Warmluftver-
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Der Bereich, in dem die Heizleistung des Seitengangheizkörpers von der Stellung der Mischventile im Aggregat nur wenig beeinflusst wird, lässt sich in weiten Grenzen durch entsprechende Dimensionierung und Gestaltung des Konvektionsheizkörpers (Anbringen von Rippen u. dgl.), den jeweiligen Erfordernissen anpassen.
Innerhalb des Bereiches der geringfügigen Abhängigkeit von der Ventilstellung ist die Heizleistung im Seitengang dann noch eine Funktion der Temperaturdifferenz zwischen der Warmluft im Verteilkanal und der Luft im Seitengang. Die Temperatur der Warmluft muss aber ohnehin in Anpassung an die erforderliche Heizleistung der Abteile in Abhängigkeit von der Aussentemperatur durch eine sogenannte Aussentemperaturvorsteuerung geregelt werden. Diese Regelung wirkt sich im richtigen Sinne gleichzeitig und ohne weiteres auch auf die Seitengangheizung aus.
Während der Zeit. in der die Abteile gekühlt werden müssen. fliesst durch den Warmluftverteilkanal unbehandelte Aussenluft, soweit diese für die Lufterneuerung in den Abteilen mitgenutzt werden muss. Die Temperaturdifferenz zwischen dieser Luft und jener im Seitengang ist aber so gering, dass keine spürbare Wärmeabgabe erfolgt ; gegebenenfalls wird sie durch eine leicht erhöhte Leistung der den Abteilen zuzuführenden Kaltluft, die vom Abteil in den Seitengang weiter fliesst, ausgeglichen.
Unter all diesen Verhältnissen ergibt sich im Seitengang die zweckmässige Temperatur, ohne dass für die Seitengangheizung eigene Reguliermittel nötig sind.
Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht auch die bestmögliche Verwendung der für die Luft-
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erneuerung nötigen Frischluft. Alle Aussenluft wird vorerst den Abteilen zugeleitet, wo sie in erster Li- nie wirksam sein soll. Da dem Seitengang hingegen direkt keine Luft zugeführt wird, entsteht in den
Abteilen gegenüber dem Seitengang ein kleiner Überdruck, der bewirkt, dass ein grosser Teil der den
Abteilen zugeführten Luftmenge aus diesen in den Seitengang gelangt und auch dort dauernd für Luft- erneuerung sorgt. Aus dem Seitengang wird sodann eine entsprechende Luftmenge über die Wasch- und
Abortanlagen ins Freie weggeleitet, so dass gleichzeitig auch letztere ausreichend belüftet werden.
Die mit der Erfindung vorgeschlagene Einrichtung lässt sich daher in jeder Hinsicht auf besonders vorteilhafte Weise in die Gesamtkonzeption einer wirkungsvollen. preisgünstigen Lüftungs- oder Klima- anlage einplanen.
In Anbetracht der Abhängigkeit der Heiz- bzw. Kühlleistung des Seitengangkonvektors von der Ge- schwindigkeit der durchgeleiteten Luft ist es vorteilhaft, über die ganze Konvektorlänge möglichst gleichartige Luftgeschwindigkeiten herbeizuführen. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass die Einmün- dung des Verbindungskanals 7 statt am Ende ungefähr in der Mitte des Konvektors erfolgt. Gegendie
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gen 11a zu den Mischluftaggregaten 12 im Warmluftverteilkanal 9a eine in dessen Längsrichtung verlaufende Trennwand 17 angeordnet wird, deren vorderes Ende 17 a so umgebogen ist, dass gegen die die Mündungen der Abzweigleitungen 11a aufweisende Kanalwand ein Abschluss erzielt wird.
Die hintere Kante 17b der Trennwand befindet sich in einem gewissen Abstand 18 von der Stirnwand 9b der Warmluftverteilleitung.
Durch diese Anordnung ist die Luft gezwungen, den Transportkanal 19 und nach Umlenkung am Kanalende den Verteilkanal 20 zu durchfliessen, um zu dem oder den Abzweigleitungen 11a zu gelangen, die im Bereich der Trennwand 17 liegen. Die sich dabei ergebende Verminderung des Strömungsquerschnittes bewirkt eine entsprechend höhere Strömungsgeschwindigkeit, ohne dass die der Wärmeübertragung dienenden Flächen verringert werden müssen.
Wie viele Abzweigleitungen 11a in diese Luftumlenkung einzubeziehen sind, hängt von der Disposition der Gesamtlage ab. Durch eine derartige Luftumlenkung kann der Seitengangkonvektor auch über die Mündungsstelle der äussersten Abzweigleitung 11a hinausgeführt werden, etwa in die Kopfteile des Fahrzeuges, die nicht von den Abteilen eingenommen werden. Notfalls kann an Stelle der Trennwand 17 ein eine gleiche Funktion erfüllender Verdrängungskörper eingebaut werden, dessen Querschnitt gegen das Ende des Warmluftverteilkanals zunimmt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Seitengangheizung für ein Fahrzeug mit Abteilen und als Vorraum zu diesen dienenden Seitengang, das mit einer Lüftungs- oder Klimaanlage versehen ist, bei der jedem Abteil ein Luftmischgerät zugeordnet ist, in das über je ein Ventil eine Zuleitung für kältere und eine Zuleitung für wärmere Luft münden, wobei die Zuleitung für kältere Luft und die Zuleitung für wärmere Luft von je einer für alle Abteile gemeinsamen, entlang dem Fahrzeug verlaufenden Verteilleitung abzweigen, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Verteilleitung (9) für wärmere Luft im Seitengang (D), vorzugsweise entlang dessen Aussenwand unterhalb der Fensterbrüstung verläuft und als Konvektor für die Heizung des Seitenganges ausgebildet ist, und dass die Verteilleitung (10)
für die kältere Luft von der Verteilleitung (9) für wärmere Luft räumlich getrennt, vorzugsweise längs der die Abteile (C) abgrenzenden Aussenwand verläuft.
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