DE102011016164A1 - Device for preventing functional impairment of e.g. mechanical component of switchgear cabinet in outdoor, has base plate with heat exchanger that is mounted under region of switchgear cabinet to perform heat exchange - Google Patents

Device for preventing functional impairment of e.g. mechanical component of switchgear cabinet in outdoor, has base plate with heat exchanger that is mounted under region of switchgear cabinet to perform heat exchange Download PDF

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Udo Schroer
Eberhard Schmidt
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Abstract

The device has a base plate with heat exchanger that is mounted under the region of switchgear cabinet so that heat exchange between colder base plate and warmer liquid is performed. The temperature of the liquid is controlled based on surface temperature of the base plate. A supplementary heating system is provided to warm the base plate, if temperature of the liquid is not sufficient to warm the base plate. The heating system is controlled by software.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Eine Weichenheizung ist eine Vorrichtung, die bei kalter Witterung bzw. bei Schneelage die Funktion von z. B. Eisenbahnweichen sicherstellen soll. Dabei soll das Zufrieren der Weiche verhindert werden.A point heater is a device that in cold weather or snow conditions the function of z. B. railway turnouts should ensure. In this case, the freezing of the switch should be prevented.

Der Stand der Technik beruht zur Zeit darauf, daß die Schienen elektrisch erwärmt werden. Eine Neue Entwicklung (2007) ist die geothermische Weichenheizung (Pilotanlage) in Holzminden mit einer Erdwärmebohrung von ca. 100 m Tiefe (aufwendig und teuer). Das zwischen 6 und 12°C warme Wasser wird (bei Bedarf) mittels einer Wärmepumpe auf bis zu 65°C erwärmt. Das ist ebenfalls sehr teuer und aufwendig.The state of the art is currently based on electrically heating the rails. A New Development (2007) is the geothermal point heating (pilot plant) in Holzminden with a geothermal drilling of about 100 m depth (consuming and expensive). The water, which is warm between 6 and 12 ° C, is heated up to 65 ° C by means of a heat pump (if required). This is also very expensive and expensive.

Der Wärmeeintrag bei allen bekannten Weichenheizungssystemen erfolgt mittels Wärmetauscher an der Schiene.The heat input in all known point heating systems by means of heat exchanger on the rail.

Die elektrische Beheizung der Schienen ist wenig effizient. Auch bei der geothermischen Methode wird sehr viel Energie benötigt (Wärme-Tauscher Medium bis zu 65°C). Bekanntlich leitet Metall die Wärme schnell ab. Der Schnee zwischen Weichenherz und Weichenzunge bleibt bei allen bekannten Weichenheizungen liegen, wird zusammengeschoben und zu Eis: Die Weichenzunge schließt nicht dicht an das Weichenherz an!The electrical heating of the rails is not very efficient. Also in the geothermal method, a lot of energy is needed (heat exchanger medium up to 65 ° C). As you know, metal dissipates the heat quickly. The snow between switch heart and switch tongue remains with all known point heaters, is pushed together and to ice: The switch tongue does not close close to the switch heart!

Wesentlicher Nachteil aller bekannten Weichen-Heizungen: Es wird die Schiene beheizt! The main disadvantage of all known point heaters: The rail is heated!

Beschreibungdescription

Die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beschreibt das System einer Heizung für zum Beispiel Bahnschienenweichen, mit dem Funktionsbeeinträchtigungen verhindert werden, die durch Schnee und/oder Eis/Frost entstehen können. Die Beschreibung in Anspruch 1 bezieht sich auf Außentemperaturen von unter 5 Grad Celsius.The device with the features of claim 1 describes the system of a heater for railroad track switches, for example, with which functional impairments that can be caused by snow and / or ice / frost are prevented. The description in claim 1 refers to outside temperatures of less than 5 degrees Celsius.

Anspruch 2 bezieht sich darauf, dass die Vorrichtung sowohl zum Wärmen als auch zum Kühlen und zur Luftentfeuchtung verwendet werden kann. In dieser Form verhindert die Vorrichtung Funktionsbeeinträchtigungen an mechanischen, elektrischen und elektronischen Bauteilen (zum Beispiel in Schaltschränken, die im Freien stehen), die sowohl durch niedrige als auch durch hohe Temperaturen und durch hohe Luftfeuchtigkeit entstehen können.Claim 2 refers to the fact that the device can be used both for heating and for cooling and for dehumidifying air. In this form, the device prevents malfunction of mechanical, electrical and electronic components (for example in outdoor cabinets), which can result from low as well as high temperatures and high humidity.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine effektive und kostengünstige Vorrichtung zum einwandfreien Betrieb von Weichen bei kalter Witterung zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object of the invention is to provide an effective and cost-effective device for the proper operation of points in cold weather. This object is achieved by a device having the features of claim 1.

Im Gegensatz zu allen bekannten Weichenheizungen bei denen die Schienen beheizt werden, wird hier lediglich der Raum zwischen Weichenherz und der beweglichen Weichenzunge mittels Wärmetauscher beheizt. Beheizt wird somit ausschließlich die Zone in der sich Schneeablagerungen bilden können. Diese Schneeablagerungen können durch der Weiche zu Eis verdichtet an der Schiene festfrieren und Funktionalität der Weiche einschränken.In contrast to all known point heaters in which the rails are heated, only the space between points heart and the movable switch blade is heated by means of heat exchangers here. Thus, only the zone in which snow deposits can be heated is heated. These snow deposits can be frozen by the switch to ice compacted on the rail and restrict functionality of the switch.

Die zur Beheizung notwendige Energie kann aus dem Stromnetz oder aus einer Wärmepumpe entnommen werden.The energy required for heating can be taken from the power grid or from a heat pump.

Um umweltfreundlich und kostensparend die zum einwandfreien Betrieb der Weiche erforderliche Wärme im Winter bereitstellen zu können, kann in unmittelbarer Nähe der Weiche eine Bohrung („Energie-Brunnen”) von 2 m bis 10 m Tiefe vorgenommen werden, in dem ein Wärmetauscher integriert wird und aus der Tiefe aus:

  • – dem Grundwasser (und/oder)
  • – dem Erdreich (und/oder)
  • – einem „Speichermodul” (z. B. aus Beton oder Granit)
eventuell, korrespondierend mit solarthermischer Anlage oder elektrischer Zusatzheizung die Wärme entnimmt.In order to be able to provide the necessary heat for the smooth operation of the switch in the winter in an environmentally friendly and cost-saving manner, a hole ("energy well") from 2 m to 10 m depth can be made in the immediate vicinity of the switch in which a heat exchanger is integrated and from the depths:
  • - the groundwater (and / or)
  • - the soil (and / or)
  • - a "storage module" (eg concrete or granite)
possibly, corresponding to solar thermal system or electrical auxiliary heating takes the heat.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Da lediglich der relativ kleine Bereich zwischen Weichenherz und der beweglichen Weichenzunge frostfrei gehalten werden muß, wird ausschließlich diese Zone oberflächennah mit Wärmetauschern (vorzugsweise in Betonplatten integrierte Kapillarrohrmatten) versehen.Since only the relatively small area between the point heart and the movable switch tongue must be kept frost-free, only this zone is provided near the surface with heat exchangers (preferably capillary tube mats integrated in concrete slabs).

Um eine Schneebildung zu verhindern, muß der o. g. Bereich auf der Oberfläche eine Temperatur von mindestens 3°C besitzen. Die dazu erforderliche Wärme kann – in Abhängigkeit von Topografie und Klimaverhältnissen – im Wesentlichen aus

  • – dem Grundwasser (und/oder)
  • – dem Erdreich (und/oder)
  • – einem „Speichermodul”
entnommen werden.In order to prevent snow formation, the above-mentioned area on the surface must have a temperature of at least 3 ° C. The required heat can - depending on topography and climatic conditions - essentially
  • - the groundwater (and / or)
  • - the soil (and / or)
  • A "memory module"
be removed.

Für extreme Winterverhältnisse reicht diese „Grundversorgung an Wärme” jedoch nicht aus. Für diesen Extremfall muß für einen kurzen Zeitraum, zusätzlich Wärme aus einem „elektrischen und/oder solaren- bzw. sonstigen Wärmetauscher zur Wärmequelle hinzugefügt werden. Die dazu erforderliche Energie wird aus dem Stromnetz entnommen.For extreme winter conditions, this "basic supply of heat" is not enough. For this extreme case, additional heat from an electric and / or solar or other heat exchanger must be added to the heat source for a short period of time. The required energy is taken from the power grid.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Da mit sehr niedrigen Temperaturen (3°C) Schneefreiheit erreicht wird, kann die dafür notwendige Energie (je nach Standort) fast ausschließlich aus dem „Energie-Brunnen” gewonnen werden. Nur für extreme Winterverhältnisse muß (solar oder sonstig) zugeheizt werden. Damit läßt sich gegenüber allen vorhandenen Weichenheizungen eine große Menge Energie (und somit Betriebskosten) einsparen. Die Investitionskosten werden geringer sein als bei allen anderen bekannten Systemen.
(Übliche Weichenheizungen arbeiten mit Temperaturen von ca. 60°C.)Because of the very low temperatures (3 ° C), it is possible to achieve the necessary energy (depending on the location) almost exclusively from the "energy well". Only for extreme winter conditions must be heated (solar or otherwise). This can be compared to all existing switch heaters save a large amount of energy (and thus operating costs). The investment costs will be lower than with all other known systems.
(Usual point heaters work with temperatures of approx. 60 ° C.)

Claims (2)

In eine Bodenplatte 1, die in der Regel aus Beton besteht ist ein Wärmetauscher 1 eingegossen (zum Beispiel eine Kapillarrohrmatten-Wärmetauscher). Die Bodenplatte 1 mit dem Wärmetauscher 1 wird unter den zu wärmenden Bereich montiert. Durch den Wärmetauscher 1 wird eine Flüssigkeit 1, in der Regel Wasser, geleitet. Es findet ein Wärmetausch zwischen der kälteren Bodenplatte und der wärmeren Flüssigkeit 1 statt. Die Flüssigkeit 1 wird von einem Wärmetauscher 2 erwärmt, der die Temperatur aus einem geeigneten Medium, zum Beispiel Brunnenwasser, Grundwasser, Erdwärme, Wärmespeicher gegebenenfalls in Verbindung mit einer Solaranlage, auf die Flüssigkeit 1 überträgt. Die Temperatur der Flüssigkeit 1 wird so gesteuert, dass die Oberflächentemperatur der Bodenplatte 1 nicht unter die Mindesttemperatur sinkt, die Schneeablagerungen und Eisbildung im zu wärmenden Bereich (zum Beispiel Weichenbereich) verhindert (in der Regel 3 bis 5 Grad Celsius). Wenn die Temperatur des Mediums nicht ausreicht, die die Mindesttemperatur an der Oberfläche der Bodenplatte 1 benötigt, wird die zusätzlich gebrauchte Wärme durch ein zusätzliches Heizsystem (zum Beispiel Tauchsieder, Wärmepumpe oder Solarsysteme) der Flüssigkeit zugeführt. Die Steuerung, die das ganze Wärmesystem führt, wird von einer für diesen Zweck eigens entwickelten Software geführt.In a bottom plate 1, which is usually made of concrete, a heat exchanger 1 is poured (for example, a capillary tube mat heat exchanger). The bottom plate 1 with the heat exchanger 1 is mounted under the area to be heated. Through the heat exchanger 1, a liquid 1, usually water, passed. There is a heat exchange between the colder base plate and the warmer liquid 1 instead. The liquid 1 is heated by a heat exchanger 2, which transfers the temperature from a suitable medium, for example well water, groundwater, geothermal, heat storage, optionally in conjunction with a solar system, to the liquid 1. The temperature of the liquid 1 is controlled so that the surface temperature of the bottom plate 1 does not fall below the minimum temperature, the snow deposits and ice formation in the area to be heated (for example, turnout area) prevents (usually 3 to 5 degrees Celsius). If the temperature of the medium which requires the minimum temperature at the surface of the bottom plate 1 is insufficient, the additionally used heat is supplied to the liquid by means of an additional heating system (for example immersion heater, heat pump or solar systems). The controller, which runs the whole heating system, is led by a specially developed software for this purpose. Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei der Wärmetauscher 1 nicht zwingend in eine Bodenplatte eingegossen ist, sondern auch in die zu schützenden Bereiche (zum Beispiel Schaltschränke, die im Freien stehen) integriert wird. Die Funktion der Vorrichtung ist umkehrbar. Zusätzlich zu den Merkmalen des Anspruchs 1 überträgt die Flüssigkeit 1 über den Wärmetauscher 1 nicht nur eine höhere, sondern auch eine niedrigere Temperatur als die Außentemperatur. Im Wärmetauscher 2 wird die Flüssigkeit 1 – die sich im Wärmetauscher 1 durch den Wärmetausch erwärmt – wieder gekühlt. Eine zusätzlich notwendige Kühlung bei extrem hohen Außentemperaturen geschieht analog zur zusätzlichen Wärmeerzeugung gemäß Anspruch 1. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2 regelt die Temperatur im Bereich des Wärmetauschers 1 so, dass sie stets über einer Mindest- und unter einer Höchsttemperatur liegt. Zur Luftentfeuchtung wird im Bereich des Wärmetauschers 1 ein Kanal 1 (zum Beispiel aus Kapillarrohren) angebracht, der an den Kreislauf der Flüssigkeit 1 angeschlossen ist. Wärmere feuchte Luft kühlt im Kanal 1 ab und sinkt nach unten. Die Temperatur im Kanal 1 wird durch die Steuerung so geregelt, dass die durchströmende Luft kondensiert. Das kondensierte Wasser fällt nach unten und wird durch einen Abflusskanal geleitet. Die entfeuchtete Luft wird dem zu schützenden Bereich entweder zwangsweise durch Ventilation oder durch thermische Strömung zugeführt.Device with the features of claim 1, wherein the heat exchanger 1 is not necessarily cast in a bottom plate, but also in the protected areas (for example, cabinets that are outdoors) is integrated. The function of the device is reversible. In addition to the features of claim 1, the liquid 1 transmits via the heat exchanger 1 not only a higher, but also a lower temperature than the outside temperature. In the heat exchanger 2, the liquid 1 - which is heated in the heat exchanger 1 by the heat exchange - cooled again. An additional necessary cooling at extremely high outside temperatures is analogous to the additional heat generation according to claim 1. The device according to claim 2 regulates the temperature in the region of the heat exchanger 1 so that it is always above a minimum and below a maximum temperature. For dehumidifying a channel 1 (for example, from capillary tubes) is attached in the region of the heat exchanger 1, which is connected to the circuit of the liquid 1. Warmer humid air cools in the channel 1 and sinks down. The temperature in the channel 1 is controlled by the controller so that the air flowing through condenses. The condensed water falls down and is directed through a drainage channel. The dehumidified air is supplied to the area to be protected either forcibly by ventilation or by thermal flow.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102013016232A1 (en) 2013-10-01 2015-04-02 Ean Elektroschaltanlagen Gmbh Temperature control unit for track elements and system for controlling the temperature of track elements
CH713557A1 (en) * 2017-03-10 2018-09-14 Kibag Bauleistungen Ag Mobile point heating.

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WO2015048939A1 (en) 2013-10-01 2015-04-09 Ean Elektroschaltanlagen Gmbh Heating or cooling device for a rail profile element, operated by means of a heat pump
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Date Code Title Description
R001 Refusal decision in preliminary proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20130117