CH658835A5 - Verfahren und einrichtung zum enteisen eines vereisten gegenstandes, insbesondere eines vereisten waggonfahrgestelles. - Google Patents

Description

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen und eine Einrichtung vorzusehen, um Gegenstände auf Temperatur zu bringen, wobei ein solches Verfahren energiesparend ist und insbesondere beim Enteisen nicht zu 5 einem hohen Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft führt, mit den zugeordneten Problemen der Kondensierung an kalten Oberflächen.

Dieses Ziel wird durch die Kennzeichnung des Patentanspruchs 1 bzw. 4 erreicht.

10 Das Enteisen von Eisenbahnwaggons wurde bisher nur durch Wärmeübertragung auf den Unterrahmen oder das Fahrgestell des Zuges bewirkt, und dies wurde durch Luft mit hoher Temperatur und mässiger Geschwindigkeit vorgenommen.

Mittels Luft- Heizeinrichtungen, die mit Ventilatoren ausge-15 stattet sind, sogenannten Temperierungseinrichtungen, wurde Luft mit einer Temperatur, die 50 °C überschreitet und typischerweise 70 °C aufweist, gegen Teile der Laufgestelle oder gegen andere Stellen gerichtet, wo die Eismenge üblicherweise am wesentlichsten vorliegt, und zwar mit einer typischen Aufprallge-20 schwindigkeit von 0,5 m/s.

Ein offensichtlicher Nachteil dieser vorher bekannten Lösung liegt darin, dass die hohe Temperatur, welche verwendet wird, zum Verdampfen grosser Mengen von Wasser mittels der Warmluft führt, was der Luft einen hohen Feuchtigkeitsgehalt verleiht. Das Verdampfen des Wassers verbraucht grosse Wärmemengen, und die Wirkung der eingebauten Heizung muss sowohl zum Schmelzen des Eises als auch zum Verdampfen einer grossen Menge von Wasser dimensioniert sein. Der Energieverbrauch wird deshalb unnötig gross. Die Feuchtigkeit, welche von der 30 Luft absorbiert wird, führt auch zum Erfordernis einer raschen Luftzirkulation im Raum, in welchem der Enteisungsvorgang durchgeführt wird, oder der Trocknung der Luft.

Bei dem Verfahren und der Einrichtung gemäss der Erfindung wird die Übertragung der Wärme von Luft auf den Laufwa-35 genwaggon des Zuges durch erzwungene Konvektion durchgeführt.

Das Mass der Übertragung ist eine Funktion des Wärmeübertragungskoeffizienten für die Übertragung von Wärme durch Konvektion, a, und der Temperaturunterschied zwischen dem 40 Waggonunterbau und der Ansaugluft, At, ist gegeben durch

£2 = a-At,

wobei Q die übertragene Wärmemenge bezeichnet.

43 Eine niedrigere Temperatur der Ansaugluft kann somit durch einen höheren Wert von a kompensiert werden.

Der Wärmeübertragungskoeffizient a ist eine Funktion der Abstrahlungstemperatur, der Umgebungstemperatur und der Geschwindigkeit der Luft zur fraglichen Oberfläche hin. 50 Der Abstrahlungsteil bei der Wärmeübertragung ist gleich 0,96 • Emissionszahl • Ats, wobei 0,96 = Stefan-Boltzmann-Zahl,

die Emissionszahl für Wasser, Eis, Reif = 0,95 bis 0,98, für eine gestrichene Oberfläche = 0,90 bis 0,97, 55 Ats = die Rückstrahlungstemperatur.

Der Strahlungsaustausch beim Enteisen von Laufgestellwag-gons oder Waggonfahrgestellen findet zwischen dem Boden der Halle und dem Waggonlaufgestell oder Waggonunterbau statt und ist nur am Rande durch Luftströme und Strömungsmengen 60 bzw. -geschwindigkeiten beeinflusst.

Der Einfluss der Wärmeübertragung durch die Umgebungstemperatur beträgt gemäss G. Brown für eine kalte Oberflächer

65

2,08 • At0-31 • L-0-08 k wobei

At die Temperaturdifferenz zwischen Luft und Oberfläche in Grad Celsius, und

658 835

L = charakteristische Länge in Metern ist.

Der obengenannte Temperaturunterschied At kann in hohem Ausmass bei der vorliegenden Erfindung beeinflusst werden, da die Temperatur der Ansaug- bzw. Einlassluft gewählt werden kann.

Die obige Zuordnung zwischen der Wärmeübertragung und dem Temperaturunterschied At ist grafisch in Fig. 1 dargestellt.

Die Luftgeschwindigkeit gegen das Waggonlaufgestell oder den Waggonunterbau weist einen Einfhiss auf die Wärmeübertragung für Luftgeschwindigkeiten auf, welche 5 m/s überschreiten. Dieser Einfluss kann grob geschätzt werden anhand der folgenden Formel:

av = 7,6 • V0-78,

wobei v = Luftgeschwindigkeit in m/s.

Diese Zuordnung ist grafisch in Fig. 2 dargestellt.

Wie der Temperaturunterschied At kann auch die Luftgeschwindigkeit bei der erfindungsgemässen Einrichtung beeinflusst werden, wobei eine kontrollierte Blaswirkung verwendet wird.

Aus den obigen Zusammenhängen und Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, dass eine Änderung in der Geschwindigkeit der Luft von 0,5 m/s ungefähr dieselbe Änderung des a-Wertes liefert als eine Änderung der Temperatur von 40 °C. Die Wärmeübertragung ist eine Funktion des a-Wertes und der Temperaturdifferenz, wie oben ersichtlich ist, und deshalb wird eine Zunahme der Geschwindigkeit kompensiert durch eine Temperaturdifferenz, welche kleiner ist als jene, welche die Änderung im a-Wert allein angibt. Eine Verringerung der Temperaturdifferenz um 20 °C kann im Prinzip kompensiert werden durch eine Zunahme der Geschwindigkeit von etwa 1 m/s.

Somit wird bei der vorliegenden Erfindung die Wärmeübertragung von der eingebrachten Luft auf das Eis bzw. den Waggon so schnell oder noch schneller als beim oben erwähnten Stand der Technik durchgeführt, und zwar mit einer beträchtlich niedrigeren Lufttemperatur, da die höhere Geschwindigkeit zu einer grösseren Wärmeübertragungszahl führt.

Eine Grundbedingung für die Verwendung von Luft mit hoher Geschwindigkeit liegt darin, dass diese Geschwindigkeit an allen zu behandelnden Oberflächen vorliegen sollte. Bei der erfindungsgemässen Einrichtung ist dies durch Düsenströme aus Luft oder einem anderen gasförmigen Temperierungsmedium verwirklicht, welche gegen den zu behandelnden Gegenstand gerichtet sind.

Die Vorzüge zum Verwenden einer erhöhten Luftgeschwindigkeit statt einer hohen Temperatur liegen unter anderem darin, dass die Zone in der nächsten Nähe der Waggons nicht eine unzulässig hohe Temperatur erreicht. Wie oben angezeigt, führt eine hohe Temperatur auch zum Verdampfen bzw. Verdunsten grosser Wassermengen, was eine beträchtliche Energiemenge erfordert und dementsprechend einen hohen Energieverbrauch liefert. Durch die Verdunstung erhält die Luft einen grossen Feuchtigkeitsgehalt, welcher seinerseits Anlass zur Kondensatbildung an kalten Oberflächen liefert. Wenn nämlich die Luft eine relative Feuchtigkeit von 30% beibehalten soll, dann ist der Wassergehalt von 30 g/kg auf 10 g/kg geändert, wenn die Lufttemperatur von etwa 55 °C auf ungefähr 35 °C abgesenkt wird. Wird die Luft nun auf eine kalte Oberfläche übertragen, welche der Kondensatablagerung ausgesetzt ist, dann heisst dies, dass eine Oberflächentemperatur von etwa 15 °C eine Feuchtigkeitsablagerung für die kühlere Luft bietet, während die Feuchtigkeitsablagerung bis zu einer Temperatur von etwa 32 °C für die wärmere Luft stattfindet.

Gemäss einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zirkulierende Luft für das Enteisen verwendet, wobei eine grosse Verdampfung bzw. Verdunstung selbst dann vermieden ist, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Luft hoch ist.

25

Gemäss einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein grosser Anteil der Aussenluft bei einem Trocknungsschritt verwendet, welcher dem Abtauschritt folgt, wobei nur ein kleinerer Teil der Luft umgepumpt wird. Die 5 Aussenluft wird dann vorgewärmt.

Um die Kondensatbildung in Antriebsmotoren der Züge während der Enteisung zu verhindern, wird trockene Luft gezwungen, durch die Zuführungsleitungen der Kühlluft der Motoren hindurchzutreten. Bei dem bisher bekannten Stand der 10 Technik wurde dies mittels Hauben durchgeführt, welche mit flexiblen Rohren verbunden sind und über die Kühllufteinlässe gestülpt wurden, wobei getrocknete Luft mit Innenraumtemperatur durch die flexiblen Schläuche während des Enteisungsvor-ganges zugeführt wurde.

15 Feuchte Enteisungs- oder Auftauluft wird daran gehindert, «hintenherum» in die Luftauslässe der Motoren einzudringen und an Wicklungen und anderen Motoroberflächen zu kondensieren, indem man einen statischen Überdruck rund um die Lufteinlässe an den Seiten des Waggons erzeugt, da der dynami-20 sehe Druck nicht wegen dem Aufbau des Einlassgitters, eines sogenannten Labyrinthgitters, übertragen werden kann. Der statische Überdruck wird dadurch erzeugt, dass man Luft mit hoher Geschwindigkeit gegen die Kühllufteinlässe der Motoren bläst, wobei ein statischer Überdruck rund um die Lufteinlässe erzeugt wird. Die Luft muss einen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen, der niedriger ist als der Taupunkt des Motors, und ist deshalb bevorzugt aus trockener, vorgewärmter Aussenluft gebildet. Durch den derart erzeugten statischen Druck wird die Trockenluft durch die Motoren gedrückt und hindert feuchte 30 Luft daran, durch die Auslässe der Kühlluft hindurchzudringen und an kalten Oberflächen im Motor zu kondensieren.

Einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung werden nun detaillierter unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 6 beschrieben.

In den Zeichnungen ist

Fig. 1 und 2 eine Darstellung der Änderung im Wärmeübertragungskoeffizienten bei Temperaturdifferenz bzw. Strömungsdurchsatz;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Enteisungsanlage für Eisen-40 bahnwagen oder -waggons mit einer erfindungsgemässen Einrichtung;

Fig. 4 die Ansicht eines Schrittes quer durch die Anlage in Fig. 3;

Fig. 5 dieselbe Ansicht wie Fig. 4, wobei jedoch ein anderes 43 Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung gezeigt ist, welches mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines statischen Überdrucks in den Kühllufteinlässen der Motoren versehen ist, und

Fig. 6 eine detaillierte Ansicht des Kühllufteinlasses mit der 50 Einrichtung zum Erzeugen eines statischen Überdrucks.

Das in Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung zum Enteisen von vereisten Eisenbahnwaggons umfasst zwei Warmluftkanäle 2,4, welche durch einen Drainageraum 6 getrennt sind. Ausserhalb der Warmluft-55 kanäle 2 und 4 erstrecken sich Rückführungskanäle 8 und 10 parallel zu den Warmluftkanälen. An den Warmluftkanälen 2,4 sind Schienen 12,14 durch Unterlagen 16,18 getragen, um Waggons 20 zu tragen, welche enteist werden sollen.

Die Luft in den Kanälen 2 und 4 wird durch Düsen 22 60 ausgeblasen, welche durch Stahlrohre 24 gestützt sind, die mit den Kanälen 2,4 verbunden sind. Die Düsen sind in den Bereichen des Laufgestells und des Motors des Waggons dicht aneinander angeordnet (s. Fig. 3) und so ausgerichtet, dass sie eine möglichst wirksame Auftauwirkung liefern. 65 Der Hauptteil der Luft, die zum Auftauen durch die Düsen 22 ausgeblasen wird, wird in die Rückführungskanäle 8,10 durch Öffnungen 26 zurückgesaugt, welche mit Ventilen versehen sind, so dass eine im wesentlichen zirkulierende Luftströmung zum

35

658 835

4

Auftauen verwendet ist. Dies ist wesentlich, da die Auftauluft einen verhältnismässig grossen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, der sonst eine viel wirksamere Belüftung der Halle erfordern würde, in welcher die Behandlung stattfindet.

Die Kanäle 2,4,8,10 sind mit Ventilatorengruppen 28' verbunden, welche in Hohlräumen angeordnet sind. Eine derartige Gruppe speist zwei Kanalabschnitte (s. Fig. 3).

In der Praxis ist eine Enteisungsanlage, welche die erfin-dungsgemässe Einrichtung aufweist, mit zwei oder möglicherweise mehr Spuren für die Enteisung von Eisenbahnwagen oder -waggons ausgebildet, wobei die Spuren sich parallel zueinander erstrecken (s. Fig. 3und4). Der Rückführungskanal 8, der sich zwischen den Spuren erstreckt, dient dann als Rückführungsleitung für die Auftauluft aus den beiden Behandlungsspuren.

Mit den Einstellventilen 26 kann der zurückgeführte Teil der Luft gesteuert werden, während des Auftauens wird ein Anteil entsprechend der Luftmenge abgesaugt, welche zur Belüftung der Halle abgesaugt wird, während der Rest, typischerweise 80 bis 90%, wieder umgepumpt wird. Nach dem Auftauen werden Motoren und Fahrgestelle getrocknet, wobei ein grosser Anteil der trockenen Aussenluft dann verwendet wird.

Die Ventilatorengruppen 28 umfassen zusätzlich zu den Ventilatoren zum Erhöhen des Drucks auch Einrichtungen zum Vorheizen der zu verwendenden Aussenluft. Für dieses Vorheizen kann bevorzugt ein Strömungsmittel, welches mit einem Wärmegewinnungssystem gekoppelt ist, das «Ecoterm-System» genannt ist, verwendet werden. Die Gesamtmenge an der rückgeführten Luft wird mit einer getrennten Heizeinrichtung erwärmt.

Ein Eisenbahnwaggon kann 1000 kg an Eis und Schnee enthalten, wenn er in die Halle zum Enteisen und Trocknen gebracht wird. Mit einer erfindungsgemässen Anlage kann das Enteisen und Trocknen in etwa 3 bis 4 h vorgenommen werden. Es werden dann 5 m3/s an Gebläseluft mit einer Temperatur von etwa 30 °C verwendet. Während dès Abtauens wird es für 0,5 m3/s entsprechend der notwendigen Belüftung der Halle abgesaugt, während der Rest zurückgeführt wird. Die Temperatur der zurückgeführten Luft während des Enteisungszeitraumes liegt um 15 °C unter jener der eingeblasenen Warmluft. Die Aufprallgeschwindigkeit der eingeblasenen Luft gegen Teile des Waggonlaufgestells, das zu enteisen ist, liegt normalerweise im Bereich von 5 bis 35 m/s, in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Düse und Fahrzeugteil sowie auch von der Konstruktion der Düse. Es ist dann von grundlegender Bedeutung, dass eine hohe Geschwindigkeit an allen zu enteisenden Oberflächen vorliegt. Es können auch noch höhere Geschwindigkeiten als die erwähnten verwendet werden, falls erforderlich.

In Fig. 5 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Warmluft durch kreisförmige Blechtrommeln 28,30 zugeführt, welche sich längs der Träger 16,18 erstrecken, die die

Schienen 12,14 tragen. An den Trommeln 28,30 sind Düsen 22 derart angeordnet, dass sie die Luft in der Form von Strahlen gegen die zu enteisenden Oberflächen blasen. Die Aussendüsen 22 sind bevorzugt nur nahe den Laufgestellen und Umrichtern 5 bzw. Konvertern des Waggons oder Wagens 20 vorgesehen. Auf die gleiche Weise wie bei dem in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Rückführungskanäle 32,34 ausserhalb der Schienen 12,14 zur Rückführung der Auftauluft angeordnet, wobei die Kanäle Öffnungen 36 aufweisen, die mit Ventilen 10 versehen sind.

Zwischen den Schienen 12,14 ist eine Drainage 38,40 im Boden auf dieselbe Weise wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehen, um Eis- und Schneeschmelze abzuleiten.

15 Bei den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Düsen an Leitungen aus einem Material angebracht, welches eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, wie etwa aus rostfreiem Stahl, während die Düsen selbst aus einem flexiblen Material wie etwa Gummi gebildet sind, damit sie nicht durch 20 herunterfallende Eisblöcke beschädigt werden.

Um feuchte Auftauluft daran zu hindern, «hintenherum» in die Luftauslässe 44 der Motoren 42 einzudringen und auf Wicklungen und anderen Oberflächen in den Motoren zu kondensieren, wird gemäss der Erfindung trockene Luft gezwungen, durch 25 die Kühlluftöffnungen der Motoren 42 hindurchzudringen. Die Kühllufteinlässe 43 der Motoren 42 sind mit einem sogenannten Labyrinthgitter abgedeckt, durch welches ein Staudruck bzw. dynamischer Druck nicht hindurch übertragen werden kann. Gemäss der Erfindung wird stattdessen ein statischer Überdruck 30 rund um den Lufteinlass 43 mittels Luftstrahlen aufgebaut, welche durch Düsen 46 ausgeblasen werden. Die Luft, welche dann durch die Düsen 46 ausgeblasen wird, soll einen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen, welcher niedriger ist als der Taupunkt des Motors 42, und die Luft kann bevorzugt aus trockener, erwärm-35 ter Aussenluft bestehen. Durch den statischen Überdruck, der am Lufteinlass erzeugt wird, wird die Trockenluft durch das Auslassgitter an der Seite des Waggons hindurchgedrückt und dann nach unten durch den Kanal 48 und sogar durch die Motoren (Fig. 4 und 5),sodass feuchte Luft nicht in die Motoren 40 eindringen kann und an kalten Oberflächen hierin kondensieren kann.

Zwei Düsen 46 sind bevorzugt vorgesehen, um Luft schräg von der Oberseite nach unten gegen den Einlass 43 zu blasen, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Die Ausblasgeschwindigkeit der Luft ist 45 bevorzugt im wesentlichen die gleiche wie die Geschwindigkeit der Luft aus den Düsen 22, und die Aufprallgeschwindigkeit liegt normalerweise imBereich von 5 bis 40 m/s. Durch die allgemein günstige Positionierung der Düsen liegt die Auf prallgeschwindigkeit allgemein im oberen Teil des Bereichs. Auch Aufprallge-50 schwindigkeiten oberhalb dieses Bereiches können verwendet werden, falls erforderlich.

M

3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. 658 835

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Enteisen eines vereisten Gegenstandes, insbesondere eines vereisten Waggonfahrgestelles, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Gegenstand ein gasförmiges Medium mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von mehr als 5 m/s und einer Temperatur von höchstens 30 °C in begrenzten Strahlen geblasen wird, und dass das Medium nach dem Ausblasen wenigstens teilweise zurückgeführt und wiederum erwärmt und auf den Gegenstand geblasen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Enteisen in einem Tauschritt und einem darauf folgenden Trocknungsschritt erfolgt, dass während des Auftauschrittes ein Hauptteil des ausgeblasenen Mediums zum erneuten Aufblasen zurückgeführt wird, so dass eine im wesentlichen geschlossene Mediumzirkulation erreicht wird, und dass während des nachfolgenden Trocknungsschrittes ein Hauptteil am trockenen, vorgewärmten Medium ausgeblasen und nur ein Bruchteil hiervon zurückgeführt wird.
3. 3. Verfahrennach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium Luft ist, welche eine Temperatur aufweist, die die Umgebungstemperatur um höchstens 15 °C überschreitet, und dass die Luft gegen den zu behandelnden Gegenstand mit einer Aufprallgeschwindigkeit geblasen wird, die in der Grössenordnung bis 35 m/s beträgt.
4. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, um ein gasförmiges Medium zu erwärmen, und dass eine Ausblaseinrichtung (24; 27; 30; 22,28') vorgesehen ist, um das erwärmte Medium mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von mehr als 5 m/s in begrenzten Strahlen auszublasen, die gegen den zu enteisenden Gegenstand gerichtet sind, wobei weiter eine Einrichtung (8 ; 10,32,34) vorgesehen ist, um einen Teil des ausgeblasenen Mediums zu der Heizeinrichtung zum erneuten Erwärmen und Ausblasen gegen den Gegenstand zurückzuführen.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblaseinrichtung (2,4; 27; 30; 22,28') Ventilatorgruppen (28') für die Druckerhöhung aufweist, welche derart angeordnet sind, dass sie das Medium aus der Heizeinrichtung in Form von Strahlen ausblasen, welche gegen den zu enteisenden Gegenstand gerichtet sind.
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblaseinrichtung (2,4; 27; 30; 22, 28') mehrere Düsen (22) umfasst, welche parallel an mindestens einem Zuführungskanal (2,4; 28,30) für erwärmtes Medium angeschlossen sind, welches von einer der Ventilatorgruppen (28' ) hergeführt wird, und dass der Kanal sich in Längsrichtung des zu enteisenden Gegenstandes (20) erstreckt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei das Medium Luft ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Zuführungskanal (2, 4; 28,30) mindestens ein Rückführungskanal (8; 10,32,34) angeordnet ist, welcher mehrere Öffnungen (26; 36) aufweist, die mit Ventilen versehen sind, um die Luft, welche durch die Ausblaseinrichtung gegen den zu enteisenden Gegenstand ausgeblasen wurde, einzusaugen und zu den Heizmitteln zurückzuführen , und wobei der Anteil der derart rückgeführten Luft durch die Ventile steuerbar ist.

   25

   Es ist erwünscht, in der Lage zu sein, insbesondere Fahrzeuge rasch zu enteisen und zu trocknen, wie etwa Eisenbahnwaggons, Wagen bzw. Kraftfahrzeuge und Deckkontainer. Im Winter ist es auch erwünscht, in der Lage zu sein, rasch Material auf Temperatur zu bringen, wie etwa Eisenträger, welche im Freien gelagert sind, bevor sie beispielsweise in einer Schweisswerkstatt verwendet werden, wie in einer Werft. Ein anderes Anwendungsfeld ist das Auftauen gefrorener Erzeugnisse.