DD264193A1

DD264193A1 - AUTONOMOUS AIR HEATING FOR RAIL VEHICLES

Info

Publication number: DD264193A1
Application number: DD30709987A
Authority: DD
Inventors: Lutz Stephan; Alfred Henatsch; Ralf Hofer; Juergen Senst
Original assignee: Verkehrswesen Hochschule
Priority date: 1987-09-22
Filing date: 1987-09-22
Publication date: 1989-01-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine autonome Luftheizung fuer Schienenfahrzeuge, fuer deren Betrieb nur die Energieform Waerme erforderlich ist. Sie besteht aus einer Schwerkraftheizung, einem Lufterhitzer und einem thermoelektrischen Generator, die miteinander thermisch gekoppelt sind. Durch die Ausnutzung des SEEBECK-Effektes wird im thermoelektrischen Generator die fuer den Betrieb der autonomen Luftheizung notwendige elektrische Energie erzeugt. Fig. 1The invention relates to an autonomous air heating for rail vehicles, for the operation of which only the energy form of heat is required. It consists of a gravity heater, an air heater and a thermoelectric generator, which are thermally coupled together. By exploiting the SEEBECK effect, the thermoelectric generator generates the electrical energy required to operate the autonomous air heating system. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine autonome Luftheizung für Schienenfahrzeuge, für deren Betrieb allein die Energieform Wärme ausreicht.The invention relates to an autonomous air heating system for rail vehicles, for the operation of which only the form of energy heat suffices.

Characteristic of the known state of the art

Es ist bfjkannt, daß entsprechend dem Stand der Technik für den Betrieb von Luftheizungen die Energieform Wärme zum Aufheizen der Luft und elektrische Energie zum Antriob der Lüfter notwendig ist. Die elektrische Energie wird durch das öffentliche Netz, durch unabhängige Elektroenergieerze jgungssysteme oder durch Elektroenergiespeicher (z. B. Batterien) zur Verfügung gestellt. Bei Ausfall der Elektroenergiebereitstellung sind diese Luftheizungen nicht mehr einsatzfähig. Diese Betriebsgefahr bei Elektroenergieausfall ist besonders kritisch beim Einsatz von Lufthaizungen zum Beispiel in Fahrzeugen, die in dünnbesiedelten Gebieten mit tiefen Außenlufttemperaturen im Winter verkehre: ι. Bei derartigen Einsatzfällen hat die Heizung die Funktion einer Überlebenseinrichtung. Aus diesem Gtund sind die bekannten Schaltungsvarianten fur Luftheizungsanlagen trotz ihrer vielen Vorteile hierfür ungeeignet. Die notwendige Elektroenergie für eine Luftheizung unter diesen Einsatzbedingungen kann bei Ausfall der Elektroenergieversorgung nur mit Hilfe von Niedertemperaturwärme erzeugt werden.It is bfjkannt that according to the prior art for the operation of air heaters, the form of energy heat for heating the air and electrical energy to Antriob the fan is necessary. The electrical energy is provided through the public grid, through independent electric energy org systems or through electric energy storage (eg batteries). In case of failure of the electrical energy supply these air heaters are no longer operational. This operational hazard in case of electric power failure is particularly critical when using Luftaizungen, for example in vehicles that traffic in sparsely populated areas with low outside air temperatures in winter: ι. In such applications, the heater has the function of a survival device. For this reason, the known circuit variants for air heating systems are in spite of their many advantages for this unsuitable. The necessary electrical energy for air heating under these conditions can be generated in case of failure of the electric power supply only with the help of low-temperature heat.

Thermische Verfahren, wie zum Beispiel der RANKINF.-Prozeß, können nicht benutzt werden, da die als Arbeitsstoff notwendigen Kältemittel bei tiefen Temperaturen einen Verdampfungsdruck weit unterhalb des Umgebungsdruckes haben, so daß die Gefahr von Undichtheiten in der Anlage stark ansteigt, wodurch die Beti iebssicherheit der Heizungsanlage stark sinkt. Elektroentrgieerzeugungsprinzipien, bei denen thermische direkt in Elektroenergie umgewandelt wird, arbeiten zur Zeit nicht mit Niedertemperaturwärme unri damit bei geringen Temperaturgradienten. Im Vergleich zu thermischen Verfahren besitzen diejse auch einen weitaus geringeren Wirkungsgrad, so daß sie nur vereinzelt angewendet werden.Thermal processes, such as the RANKINF.-Process, can not be used, since the refrigerant necessary as working refrigerant at low temperatures have an evaporation pressure far below the ambient pressure, so that the risk of leaks in the system increases sharply, whereby the Beti iebssicherheit the heating system drops sharply. Electric power generation principles, where thermal energy is converted directly into electrical energy, currently do not work with low temperature heat and low temperature gradients. In comparison with thermal processes, these also have a much lower efficiency, so that they are only used occasionally.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine autonome Luftheizung zu realisieren, für deren Betrieb nur die Energieform Wärme notwendig ist.The aim of the invention is to realize an autonomous air heating, for the operation of which only the form of energy heat is necessary.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine autonome Luftheizung zu realisieren, für deren Betrieb nur die Energiefoi m Wärme notwendigThe object of the invention is to realize an autonomous air heating, for their operation only the Energiefoi m heat necessary

Erf'ndungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Schwerkraftheizung, die mit fossilen Brennstoffen beheizt wird, thermodynamisch mit einem thermoelektrischen Generator und dem Lufterhitzer gekoppelt ist. In dem thermoelektrischen Generator wird unter Ausnutzung des SEEBECK-Effektes zwischen den Tempgraturen des Wärmeübertragers der Schwerkraftheizung und des Lufterhitzers die zum Antrieb des Lüfters erforderliche elektrische Energie erzeugt.Erf'ndungsgemäß this object is achieved in that a gravity heating, which is heated with fossil fuels, thermodynamically coupled to a thermoelectric generator and the air heater. In the thermoelectric generator, utilizing the SEEBECK effect between the tempatures of the heat exchanger of the gravity heater and the air heater generates the electrical energy required to drive the fan.

Der erfindungsgemäße Aufbau eignet sich für alle Einsatzfälle, bei denen Luftheizungen unter bestimmten Bedingungen unabhängig von zentralen Elektroenergieversorgungsanlagen arbeiten müssen.The structure according to the invention is suitable for all applications in which air heaters under certain conditions have to work independently of central electric power supply systems.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 1 näher erläutert werden. Im Heizungskessel 1 wird durch Verbrennung fossiler Brennstoffe ein Energieträger aufgeheizt. Dieser wird im Wärmeübertrager2 abgekühlt. Der freiwerdende Wärmestrom wird der warmen Seite des thermoelektrischen Generators 3 zugeführt. An der kalten Seite des Generators 3 befindet sich der Lufterhitzer 4. Durch Ausnutzung des SEEBECK-Effektes bei den Halbleitermaterialien Silizium, Germanium und Galliumarsenid wird an den Klemmen 5 des Generators 3 elektriscne Energie zum Antrieb des Lüfters 6 abgegriffen. Überschüssige elektrische Energie wird in Akkumulatoren gespeichert. Im Lufterhitzer 4 wird die zum Heizen des Raumes notwendige Luft 7 erwärmt. Dazu steht die im Wärmeübertrager 2 abgegebene Wärme zur Verfügung, die um den Betrag der Arbeit reduziert ist. Die Zirkulation des Energieträgers zwischen dem Kessel 1 und dem Wärmeübe^rtragur 2 erfolgt nach dem Schwerkraftprinzip.The invention will be explained below with reference to an embodiment according to FIG. 1. In the boiler 1, an energy source is heated by burning fossil fuels. This is cooled in Wärmeübertrager2. The released heat flow is fed to the warm side of the thermoelectric generator 3. By utilizing the SEEBECK effect on the semiconductor materials silicon, germanium and gallium arsenide, electrical energy for driving the fan 6 is tapped off at the terminals 5 of the generator 3. Excess electrical energy is stored in accumulators. In the air heater 4, the necessary for heating the room air 7 is heated. For this purpose, the heat released in the heat exchanger 2 is available, which is reduced by the amount of work. The circulation of the energy carrier between the boiler 1 and the Wärmeübe ^r tragur 2 takes place according to the principle of gravity.

Claims

1. Autonomous air heating system for rail vehicles, characterized in that the heat exchanger (2) of a gravity heater, the air heater (4) and a thermoelectric generator (3) are thermodynamically coupled, so that both air (7) and electrical Enert / e to drive the fan (6) are available, wherein the electric energy in the thermoelectric generator (3) is generated by utilizing the SEEBECK effect between the temperatures of the heat exchanger (2) and dom air heater (4).

2. Autonomous air heating system for rail vehicles according to claim 1, characterized in that the SEEBECK effect is exploited using the semiconductor materials silicon, germanium or gallium arsenide.