DE102013219481A1 - Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung und Schienenfahrzeug mit Schienenfahrzeugkühlvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug und eine Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung (13) mit zumindest einem Wärmeerzeuger (3) und einem Primär-Kühlkreislauf (4), wobei in dem Primär-Kühlkreislauf (4) der zumindest eine Wärmeerzeuger (3) mit einem Wärmetauscher (5) gekoppelt ist zum Kühlen des zumindest einen Wärmeerzeugers (3). Vorteilhaft ist dabei, dass ein Sekundär-Kühlkreislauf (7) einen Verdampfer aufweist und zum Kühlen eines Kühlmediums des Primär-Kühlkreislaufs (4) Wärme übertragend mit dem Primär-Kühlkreislauf (4) gekoppelt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung mit den oberbegrifflichen Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung.
• Die Auslegung einer Kühlvorrichtung für ein angetriebenes Schienenfahrzeug hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Zunächst entscheidet ein Grundkonzept des Schienenfahrzeugs – ob es sich um eine Lokomotive oder einen Triebwagen handelt – über den verfügbaren Bauraum und somit über eine Bauart und eine Anordnung der Kühlvorrichtung im Schienenfahrzeug. Während Triebwagen vorwiegend zur Beförderung von Personen dienen, werden Lokomotiven im Güterzugverkehr eingesetzt, sind aber auch zur schnellen Beförderung von Reisenden geeignet. Beim Einsatz von leistungsstarken Lokomotiven fällt eine größere Abwärme an, als dies bei Triebwagen geringerer Leistung der Fall ist.
• Die Leistung der Kühlvorrichtung wird daher an die für das Schienenfahrzeug erforderliche Leistung angepasst. Beachtet wird dabei auch eine Anzahl von Aggregaten wie beispielsweise Lüfteranlagen und Klimaanlagen zur Innenraumkühlung von Triebwagen und Wagons beziehungsweise Hilfsaggregaten bei Schieneninstandsetzungsfahrzeugen und Lokomotiven. Auch eine geografische Lage eines Einsatzorts und somit ein Streckenprofil kann über eine Leistungsauslegung des Schienenfahrzeuges und dessen Kühlvorrichtung entscheiden. Auch klimatische Verhältnisse am Einsatzort des Schienenfahrzeuges können in die Auslegung einer Kühlvorrichtung mit einbezogen werden.
• Derartige Kühlvorrichtungen für Schienenfahrzeuge sind seit Langem bekannt. Sie umfassen im Wesentlichen einen oder mehrere Lüfter sowie einen oder mehrere Wärmetauscher, die in wenigstens einem Kühlkreislauf angeordnet sind. Dabei wird mittels einer Pumpe ein Kühlmedium im Kühlkreislauf gefördert, wobei vom Antriebssystem und Aggregaten abgegebene Abwärme von einem Kühlmedium aufgenommen wird. Die Abwärme wird aus dem Kühlmedium durch einen Luftvolumenstrom, der durch relativ große Wärmeabführflächen von Wärmetauschern hindurchströmt, an die Umgebung abgegeben. Solche Kühlvorrichtungen weisen beispielsweise einen Hochtemperaturkreislauf–insbesondere zur Kühlung eines Verbrennungsmotors und von dessen Schmier- bzw. Hydraulikölen – und einen Niedertemperaturkreislauf – beispielsweise zur Kühlung einer Ladeluft für den Verbrennungsmotor – auf. Entsprechend dem Kühlkreislauf werden ggfs. auch verschiedene Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Wärmetauscher mit eigenen Kühlkreisläufen eingesetzt. Entsprechende Hoch- und Niedertemperatur-Kreisläufe finden sich bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen beispielsweise auch für eine Transformator- und Frequenzumrichterkühlung.
• Der bauliche Aufwand von Kühlsystemen ist hoch. Jeder Einzel-Kühlkreislauf benötigt wenigstens Rohrleitungen, Lüfter und andere Aggregate. Die einzelnen Wärmeerzeuger wie Motor oder Frequenzumrichter haben als Anforderung, dass bestimmte Temperaturniveaus für das Kühlmittel zu erreichen bzw. durch Regelung konstant zu halten sind. Dies dient dazu, um einerseits die Übertragung von Wärmeleistung durch eine ausreichend große Temperaturdifferenz zu einer Umgebungsluft bzw. Kühlluft sicherzustellen und um andererseits einen Verschleiß in der Anlage und deren Material durch Temperaturschwankungen zu vermeiden. Die Leistungsfähigkeit einer Kühlvorrichtung wird maßgeblich durch die erreichbare Temperaturdifferenz zwischen einerseits dem Kühlmittel und andererseits der zur Verfügung stehenden Kühlluft bestimmt. Für eine bestimmte Kühlvorrichtung bedeutet eine größere erreichbare Temperaturdifferenz zunächst eine höhere Kühlleistung. Dabei ist die Kühlmitteltemperatur (z.B. 90°C) eine als konstant angenommene Größe und eine Umgebungstemperatur bzw. die Kühllufttemperatur (z.B. 40°C) eine als variabel angenommene Größe, die insbesondere von der Region abhängt, in der das Fahrzeug betrieben wird. Dieselbe Kühlvorrichtung hat somit unter Annahme gleicher Betriebsbedingungen bei einer Umgebungstemperatur von +35°C (90°C–35°C) mit dT = 55K eine höhere Temperaturdifferenz dT zwischen Kühlmittel und Kühlluft und somit eine höhere Kühlleistung als vergleichsweise bei +45°C (90°C–45°C) mit dT = 45K. Eine Schwierigkeit kann dadurch entstehen, dass bei hoher Umgebungstemperatur und geringer zur Verfügung stehender Differenztemperatur die zur Kühlung erforderliche Temperaturdifferenz nicht oder nicht mehr ausreichend erreicht werden kann. Einer Erhöhung der Kühlleistung durch bauliche Vergrößerung der Kühlvorrichtung sind oftmals deutliche Grenzen gesetzt, hinsichtlich z.B. verfügbarem Bauraum, maximalem Gewicht, Kosten etc. Des Weiteren bestehen zunehmend Anforderungen, das Temperaturniveau des Kühlmittels niedrig zu halten, um z.B. bestimme Emissionswerte wie beim NT-Kreislauf (NT: Niedertemperatur) eines Dieselmotors einzuhalten. Ein niedriges erforderliches Temperaturniveau im Kühlmittel (z.B. +45°C) bei zugleich hohen Kühllufttemperaturen in warmen oder heißen Regionen (z.B. in Südeuropa, Afrika, Asien mit +40°C und mehr Außentemperatur) verringert daher tendenziell die zur Kühlung erforderliche Temperaturdifferenz von Kühlmittel zu Kühlluft und stellt für die Auslegung einer Kühlvorrichtung zunächst ein Problem dar.
• Theoretisch könnte es dabei vorkommen, dass keine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Kühlluft und Kühlmittel mehr vorhanden ist oder das geforderte Temperaturniveau im Kühlmittel unterhalb der Kühllufttemperatur liegt, so dass dabei keine Kühlung mehr möglich ist oder dass das eigentliche Kühlmedium durch die Umgebungsluft erhitzt wird. Die physikalische Grenze herkömmlicher Kühlvorrichtungen in angetriebenen Schienenfahrzeugen ist somit dadurch definiert, dass die Kühlmitteltemperatur minimal so niedrig sein kann wie die Umgebungstemperatur, wobei dies nur theoretisch möglich ist. In der Praxis ist der Wärmeübergang zwischen Kühlmittel und Kühlluft bestimmt durch eine asymptotische Annäherung beider Temperaturverläufe, wodurch eine gleiche Temperatur beider Medien wird praktisch nie erreicht wird.
• DE 28 50 197 A1 beschreibt beispielsweise einen Kühlkreislauf für eine Grubenlokomotive, wobei der Kühlkreislauf mehrere zu kühlende Bereiche mit jeweils einem Verdampfer zum Verdampfen eines Kühlmediums aufweist. Die Verdampfer sind dabei in einem Kühlkreislauf zueinander parallel integriert.
• DE 10 2009 035 285 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einer Kühlanlage zur Kühlung einer zu kühlenden Komponente und einer Klimaanlage. Dabei sind Kühlmittelleitungen der Klimaanlage, der Kühlanlage und eines zu kühlenden Transformators je nach Bedarf untereinander und mit Wärmetauschern strömungstechnisch verschaltbar.
• WO 2009/043669 A2 beschreibt eine Vorrichtung zum Kühlen eines Energiespeichers in einem Schienenfahrzeug mittels eines Kühlkreislaufs, wobei Leitungen des Kühlkreislaufs strömungstechnisch auch an eine Fahrgastraumheizung schaltbar sind.
• EP 2 481 652 A2 beschreibt eine Kühlanlage für ein Schienenfahrzeug mit zwei Kühlkreisläufen zum Kühlen unterschiedlicher Wärmequellen des Schienenfahrzeugs. Wenigstens einer der Kühlkreisläufe umfasst eine Kühlmediumpumpe, die ein Kühlmedium in dem Kühlkreislauf umwälzt, einen Wärmetauscher als Kühler, der von dem Kühlmedium und von Kühlluft durchströmt wird, und einen Antriebsmotor als zu kühlende Komponente. Zum Verbessern einer Kühlleistung ist der Kühlluft ein verdampfungsfähiger oder verdunstungsfähiger Stoff zuführbar.
• Diese Kühlvorrichtungen sind jedoch aufwändig gestaltet und bieten nur eine begrenzte Verbesserung einer Kühlleistung. Insbesondere ist damit eine Nachrüstung bestehender Kühlvorrichtungen und Kühlkonzepte für Schienenfahrzeuge mit einem Kühlkreislauf mit Luftkühlung nur bedingt oder gar nicht möglich.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit einer Kühlvorrichtung und ein Kühlsystem bzw. eine Kühlvorrichtung anzugeben, welche ein geringeres Temperaturniveau eines Kühlkreislaufs ermöglicht. Insbesondere soll für das zur Kühlung benötigte Kühlmittel eines primären Kühlkreislaufs ein geringeres Temperaturniveau erreicht werden können, als durch verfügbare Umgebungsluft als Kühlluft zur Verfügung steht.
• Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 9 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
• Eine bevorzugte Ausgestaltung ist demgemäß eine Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung mit zumindest einem Wärmeerzeuger und einem Primär-Kühlkreislauf, wobei in dem Kühlkreislauf der zumindest eine Wärmeerzeuger mit einem Wärmetauscher gekoppelt ist zum Kühlen des zumindest einen Wärmeerzeugers, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sekundär-Kühlkreislauf einen Verdampfer aufweist und zum Kühlen eines Kühlmediums des Primär-Kühlkreislaufs Wärme übertragend mit dem Primär-Kühlkreislauf gekoppelt ist.
• Es ist somit vorgesehen, zu dem in angetriebenen Schienenfahrzeugen herkömmlichen Kühlkreislauf als dem Primär-Kühlkreislauf einen zusätzlichen Verdampferkreislauf als Sekundär-Kühlkreislauf zu integrieren. Dies ermöglicht, im Kühlmittel des Primärkreislaufes ein Temperaturniveau zu erreichen, welches unterhalb der Temperatur der zur Verfügung stehenden Kühlluft liegt, auf welche vom Kühler bzw. Kondensator Wärme des Kühlmediums des Sekundär-Kühlkreislaufs übertragen wird. Insbesondere sind der Wärmeerzeuger und der Wärmetauscher über Leitungen für deren Kühlmittel miteinander verbunden.
• Demnach werden Mittel vorgesehen, um dem herkömmlichen Kühlkreislauf eines insbesondere angetriebenen Schienenfahrzeugs als Primärkreis einen weiteren Kühlkreislauf als Sekundärkreis hinzuzufügen. Dieser Sekundär-Kühlkreislauf ist als Verdampferkreislauf ausgeführt, wie er dem Prinzip nach als Einzel-Kühlkreislauf aus Kühlschränken, Gefriertruhen und Klimaanlagen für sich genommen bekannt ist. Für ein Schienenfahrzeug mit üblicherweise einem einzigen Kühlkreislauf, welcher zur Kühlung Umgebungsluft verwendet, wird somit vorteilhaft ein solcher Verdampferkreislauf in den herkömmlichen Kühlkreis des Schienenfahrzeugantriebssystems integriert. Dadurch kann das Schienenfahrzeug auch bei Umgebungstemperaturen betrieben werden, welche nicht deutlich niedriger oder sogar höher als Betriebstemperaturen von beispielsweise einem Motor als dem Wärmeerzeuger liegen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein solcher Sekundär-Kühlkreislauf deutlich weniger Raum beansprucht, als üblicherweise für Wärmetauscher des üblichen Kühlkreislaufs erforderlich ist. Auch ein gegebenenfalls höherer Energieverbrauch zum Betreiben des Sekundär-Kühlkreislaufs, insbesondere von dessen Kompressor erscheint wirtschaftlich vertretbar mit Blick auf geringeren Raumbedarf und geringeres Gewicht kleiner dimensionierbarer Wärmetauscher sowie die effizientere Kühlung.
• Eine Weiterbildung der Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung besteht darin, dass der Sekundär-Kühlkreislauf mittels des Wärmetauschers mit dem Primär-Kühlkreislauf gekoppelt ist. Vorteilhaft überträgt der Wärmetauscher somit Wärme von dem Kühlmittel aus dem Primär-Kühlkreislauf auf das Kühlmittel des Sekundär-Kühlkreislaufs.
• Noch eine Weiterbildung der Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung besteht darin, dass der Sekundär-Kühlkreislauf mit dem Wärmetauscher als Verdampfer als ein Verdampferkreislauf ausgebildet ist. Dadurch ist der Sekundär-Kühlkreislauf über den als Verdampfer ausgebildeten Wärmetauscher mit dem Primär-Kühlkreislauf in der Art verbunden, das der Primär-Kühlkreis durch den Sekundär-Kühlkreis gekühlt wird.
• Bei dem Kühlmittel des Primär-Kühlkreislaufs kann es sich um beliebige Kühlmittel handeln, insbesondere um gasförmige Kühlmittel wie beispielsweise Luft oder flüssige Kühlmittel wie beispielsweise Wasser, wasserhaltige Medien, Öl oder ölhaltige Medien, wie sie aus herkömmlichen Kühlkreisläufen von Schienenfahrzeugen zum Kühlen von insbesondere Antrieben bekannt sind.
• Bei dem Kühlmittel des Sekundär-Kreislaufs handelt es sich insbesondere um ein Medium, welches unter Druck und insbesondere bei Wärmeabgabe in einen flüssigen Aggregatszustand übergeht und im Verdampfer in einen gasförmigen Aggregatszustand übergeht. Insbesondere kann es sich bei dem Sekundär-Kreislauf um einen so genannten Organic Rankine Cycle (deutsch: organischer Rankine-Zyklus mit angepassten Komponenten handeln, bei dem eine organische Flüssigkeit mit niedriger Verdampfungstemperatur als das Kühlmittel bzw. Kühlmedium eingesetzt wird.
• Eine davon bevorzugte Weiterbildung der Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung besteht darin, dass der Wärmetauscher als Verdampfer des Sekundär-Kühlkreislaufs zugleich als der Wärmetauscher des Primär-Kühlkreislauf ausgebildet ist. Der Wärmeübertrag vom Primärkreis in den Sekundär findet somit zwischen den beiden Kühlmedien im Wärme direkt übertragenden Wärmetauscher statt.
• Auch ist es eine Weiterbildung der Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung, dass im Primär-Kühlkreislauf der Wärmeerzeuger und der Wärmetauscher über Leitungen für deren Kühlmittel miteinander verbunden sind, wobei zumindest eine der Leitungen durch eine Pumpe zum Pumpen des Kühlmittels führt und/oder die Leitungen mittels eines Bypass-Ventils strömungstechnisch untereinander verbindbar sind. Der Primär-Kühlkreislauf weist somit insbesondere weitere Komponenten auf, welche zum Pumpen des Kühlmittel durch diesen dienen und gegebenenfalls einen zu hohen Druck im Wärmetauscher verhindern.
• Eine weitere Weiterbildung der Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung ist, dass der Sekundär-Kühlkreislauf mit Leitungen für dessen Kühlmittel insbesondere in dieser Reihenfolge den Wärmetauscher mit einem Kompressor, mit einem Kühler und mit einer Drossel und die Drossel mit dem Wärmetauscher verbindet. Bei diesen Komponenten handelt es sich um für Kühlkreisläufe mit Verdampfer typische Komponenten. Der Kühler wird üblicherweise auch als Kondensator bezeichnet. Der Kühler überträgt Wärme von dem Kühlmittel, das mittels des Kompressors stark komprimiert wird, auf ein die Wärme wegtransportierendes Medium, insbesondere auf Umgebungsluft des Schienenfahrzeugs. Insbesondere kann dem Kühler ein Lüfter bzw. Ventilator mit einem Ventilatorantrieb zugeordnet sein, so dass Umgebungsluft gezielt auf und/oder durch den Kühler geblasen bzw. gesaugt wird. Bei der Drossel kann es sich um ein beliebiges geeignetes Element handeln, welches eine Entspannung des Drucks in dem Kühlmittel so ermöglicht, dass das Kühlmittel in dem als Verdampfer dienenden Wärmetauscher verdampft und Wärme aufnehmen kann. Der Kompressor ist insbesondere auch als Kühlmittelpumpe zum Pumpen des Kühlmittels durch den Sekundär-Kühlkreis ausgebildet.
• Noch eine Weiterbildung der Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung besteht darin, dass der Wärmeerzeuger zumindest eines von einem Antriebsmotor, einem Turbolader, einem Turbogetriebe, einem Stromrichter, einem Generator, einem Transformator oder einem elektrischen Energiespeicher eines Schienenfahrzeugs ist. Insbesondere kann es sich bei dem Antriebsmotor um einen Dieselmotor zum Antreiben eines Generators handeln, welcher wiederum Fahrstrom für einen Fahr-Antriebsmotor erzeugt, welche über insbesondere ein Achsgetriebe zumindest eine Achse des Schienenfahrzeugs antreibt. Ein Transformator kann ausgestaltet sein, von einer Fachstromleitung abgegriffenen Fahrstrom mit einer geeigneten Spannung für zu versorgende und/oder anzutreibende Komponenten des Schienenfahrzeugs bereitzustellen. Neben einem Fahr-Antriebsmotor sind mit Strom insbesondere Pumpen und sonstige Komponente der Kühlkreisläufe sowie Steuermittel und Beleuchtungen des Schienenfahrzeugs und gegebenenfalls daran angekoppelter Wagen zu versorgen.
• Auch ist es eine Weiterbildung der Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung dass zumindest ein solcher Sekundär-Kühlkreislauf oder mehrere solche Sekundär-Kühlkreisläufe mehr als einen solchen Primär-Kühlkreislauf kühlen. So kann beispielsweise ein einziger Sekundär-Kreislauf mit entsprechend hoher Wärmeübertragungskapazität über einen großen oder mehrere einzelne Wärmetauscher mehr als nur einen Primär-Kühlkreislauf kühlen. So kann beispielsweise ein Primär-Kühlkreislauf einen Antriebsmotor des Schienenfahrzeugs kühlen, während ein anderer Primär-Kühlkreislauf andere wärmeerzeugende Komponenten, wie beispielsweise Transformatoren oder Klimaanlagen zur Kühlung eines Führerstand oder eines Personenbeförderungsraums oder eines Güterraums kühlt. Insbesondere können auch mehrere Sekundär-Kühlkreisläufe in dem Schienenfahrzeug eingerichtet sein, um jeweils einen oder mehrere Primär-Kühlkreisläufe bzw. deren Kühlmedium herunter zu kühlen.
• Auch eine Ausgestaltung ist ein Schienenfahrzeug mit einer Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung derart ausgebildet ist.
• Bereitgestellt wird somit neben einem Schienenfahrzeug-Kühlsystem auch ein angetriebenes Schienenfahrzeug mit einem oder mehreren Wärmeerzeugern, deren Verlustwärme abzuführen ist, wobei die gegebenenfalls mehreren Wärmeerzeuger jeweils einen, mehrere oder einen gemeinsamen Primär-Kühlkreis und/oder einen, mehrere oder einen gemeinsamen Sekundär-Kühlkreis zugeordnet haben. In Betracht kommen als Wärmeerzeuger z.B. Diesel-hydraulische Antriebe, Diesel-elektrische Antriebe, Dieselhydromechanische Antriebe, Diesel-mechanische Antriebe, Elektrische Antriebe, Hybridantriebe und/oder Gasturbinen, wie sie typischerweise in Schienenfahrzeugen eingesetzt sind.
• Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
• 1 zeigt in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines Schienenfahrzeugs mit einem Wärmeerzeuger, dessen Wärme mittels eines Kühlkreislaufs abgeführt wird;
• 2 zeigt Komponenten eines derartigen Schienenfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
• 3 zeigt Komponenten eines derartigen Schienenfahrzeugs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
• 4 zeigt Komponenten eines derartigen Schienenfahrzeugs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und
• 5 zeigt Komponenten eines derartigen Schienenfahrzeugs gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
• 1 zeigt schematisiert Konturen eines Schienenfahrzeugs 1, das mit Rädern 12 längs Schienen 2 bewegbar ist. Zum Antreiben der Räder 12 weist das Schienenfahrzeug 1 einen Antrieb auf. Der Antrieb bildet einen Wärmeerzeuger 3 aus, der Wärme T erzeugt. Die Wärme T erwärmt den Antrieb über eine Zeitspanne hinweg um eine Temperaturdifferenz bzw. um eine abzuführende Wärme dT.
• Zum Abführen der Wärme dT weist das Schienenfahrzeug 1 einen ersten Kühlkreislauf als einen Primär-Kühlkreislauf 4 auf. In dem Primär-Kühlkreislauf 4 befinden sich insbesondere der Antrieb bzw. Wärmeerzeuger 3 und ein Wärmetauscher 5, welche über Leitungen miteinander verbunden sind. Durch die Leitungen strömt ein Kühlmedium bzw. Kühlmittel, welches in und/oder an dem Antrieb die zu übertragende Wärme dT aufnimmt und zu dem Wärmetauscher 5 führt. In dem Wärmetauscher 5 wird dem Kühlmittel die zu übertragende Wärme dT entzogen und das Kühlmittel über weitere Leitungen des Primär-Kühlkreislaufs 4 wieder zu dem Antrieb übertragen, um von diesem als Wärmeerzeuger 3 erneut zu übertragende Wärme dT aufzunehmen.
• Zur Unterstützung einer Strömung des Kühlmittels in den Leitungen führen die Leitungen außerdem durch eine Pumpe 14. Zum Verhindern eines zu hohen Drucks in dem Wärmetauscher 5 ist in den Primär-Kühlkreislauf 4 – insbesondere dem Wärmetauscher 5 parallel – ein Bypass-Ventil 6 geschaltet.
• Der Wärmetauscher 5 ist außerdem Bestandteil eines zweiten Kühlkreises, welcher als Sekundär-Kühlkreis 7 mit einem Verdampfer ausgestattet ist. Dabei bildet insbesondere der Wärmetauscher 5 selber einen Verdampfer des Sekundär-Kühlkreislaufs 7 aus. Durch eine Leitung des Sekundär-Kühlkreis 7 in insbesondere flüssigem Aggregatzustand zugeführtes Kühlmittel verdampft im Wärmetauscher 5 und nimmt dabei die übertragene Wärme dT von dem Wärmetauscher 5 bzw. aus dem Primär-Kühlkreis 4 auf.
• Über eine weitere Leitung wird das Kühlmittel, das sich insbesondere im gasförmigen Zustand befindet, zu einem Kompressor 9 geführt. Der Kompressor 9 komprimiert das Kühlmittel und leitet dieses unter erhöhtem Druck durch eine Leitung zu einem Kondensator bzw. Kühler 8 weiter. Insbesondere in dem Kühler 8 wird das Kühlmittel wieder verflüssigt, wobei das Kühlmittel die übertragene Wärme dT an den Kühler 8 und über diesen an die Umgebungsluft abgibt. Vom Kühler 8 wird das Kühlmittel insbesondere im flüssigen Aggregatszustand über eine Leitung zu einer Drossel 10 geführt und von der Drossel 10 über eine Leitung weiter zu dem Wärmetauscher 5 geführt, um im Wärmetauscher 5 erneut zu übertragende Wärme dT aufzunehmen. Zu Veranschaulichungszwecken sind bei dem Sekundär-Kühlkreislauf 7 Leitungen zum Führen des gasförmigen Kühlmittels mit einer doppelten Linie gezeichnet und Leitungen zum Führen des flüssigen Kühlmittels mit einer einfachen Linie gezeichnet. Zum Unterstützen eines Abführens der vom Kühler 8 aufgenommenen Wärme dT ist ein Lüfter bzw. Ventilator 11 so angeordnet, dass dieser Umgebungsluft längs des Kühler 8 und/oder durch diesen hindurch saugt oder bläst.
• Das Schienenfahrzeug 1 umfasst somit eine Kühlvorrichtung bzw. Kühlanlage mit einem einfach aufgebauten Kühlkreislauf 13, welcher sich aus dem Primär-Kühlkreislauf 4 und dem Sekundär-Kühlkreislauf 7 zusammensetzt. Bei dem Primär-Kühlkreislauf 4 handelt es sich um einen herkömmlichen Kühlkreislauf, wie er in Schienenfahrzeugen zum Abführen von Wärme an die Umgebungsluft im Wesentlichen bekannt ist. Der Sekundär-Kühlkreislauf 7 dient dazu, dass im Primär-Kühlkreislauf 4 strömende Kühlmittel weiter herunter zu kühlen, als dies mit einem herkömmlichen Luft-durchströmten Wärmetauscher möglich ist.
• Zum Koppeln des Primär-Kühlkreislaufs 4 an den Sekundär-Kühlkreislauf 7 ist der Wärmetauscher 5 bevorzugt so ausgestaltet, dass er einerseits strömungstechnisch getrennte Strömungspassagen für die beiden Kühlkreisläufe 4, 7 aufweist und andererseits eine Wärmeübertragung zwischen deren Kühlmittel ermöglicht. Insbesondere ist der Wärmetauscher 5 so ausgestaltet, dass das Kühlmittel des Primär-Kühlkreislaufs 4 während des Durchströmens im selben Aggregatzustand verbleibt, wohingegen das Kühlmittel des Sekundär-Kühlkreislaufs 7 während des Durchströmens verdampft.
• 2 zeigt ein Schienenfahrzeug 1a, bei dem weitere und teilweise gegenüber 1 modifizierte Komponenten dargestellt sind. Das beispielhafte Schienenfahrzeug 1 weist gegenüber 1 zusätzliche Kühlkreisläufe auf.
• Insbesondere weist das Schienenfahrzeug 1a als Beispiel für ein Schienenfahrzeug 1a mit Diesel-hydraulischem Antrieb einen Dieselmotor mit einem zusätzlichen Niedertemperatur-Kühlkreislauf NT auf.
• Im Rahmen der Beschreibung dieser Figur und der weiteren Figuren werden im Wesentlichen Komponenten beschrieben, welche unterschiedlich zu zuvor beschriebenen Komponenten sind. Bezüglich der weiteren Komponenten und Funktionen wird auf die Beschreibung der übrigen Figuren verwiesen.
• Wiederum ist ein Antrieb, insbesondere ein Dieselmotor als Wärmeerzeuger 3 dargestellt. Der Wärmeerzeuger 3 wird wieder von einem Primär-Kühlkreislauf 4 gekühlt, welcher im Kühlkreislauf zusätzlich zu dem Wärmeerzeuger 3 ein Bypass-Ventil 6, einen Wärmetauscher 5a und eine Pumpe 14 aufweist. Bei dem Primär-Kühlkreislauf 4 handelt es sich um einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf HT. Der Wärmetauscher 5a ist wieder Bestandteil eines Sekundär-Kühlkreislaufs 7, welcher zusätzlich einen Kompressor 9, einen Kühler 8 und eine Drossel 10 aufweist.
• Der Antrieb treibt über Wellen 15 mit einem zwischen diese geschalteten Turbogetriebe 16 ein Achsgetriebe 17 an, welches Räder 12 des Schienenfahrzeugs 1a antreibt. Das Turbogetriebe 16 bildet dabei einen weiteren Wärmeerzeuger aus. Um eine Überhitzung von Getriebeöl des Turbogetriebes 16 zu vermeiden, ist das Turbogetriebe 16 mittels eines Getriebeöl-Kühlkreislaufs 18 mit dem Wärmetauscher 5a verbunden.
• Der Wärmetauscher 5a weist somit 2 Primär-Kühlkreisläufe 4, 18 auf, deren Medien herunter zu kühlen sind. Während der Primär-Kühlkreislauf 4 des Antriebs beispielsweise Kühlwasser als das Kühlmittel verwendet, befindet sich im Getriebeöl-Kühlkreislauf 18 zu kühlendes Getriebeöl. Der Wärmetauscher 5a ist so ausgebildet, dass er Wärme von den beiden Primär-Kühlkreisläufen 4, 18 auf den Sekundär-Kühlkreislauf 7 überträgt. Alternativ könnte der Sekundär-Kühlkreislauf 7 auch mit zwei Wärmetauschern verbunden sein, von denen einer zum Kühlen des Primär-Kühlkreislaufs 4 des Antriebs und der andere zum Kühlen des Getriebeöl-Kühlkreislaufs 18 ausgestaltet ist. Gemäß noch anderer Ausgestaltung könnte auch für jeden der beiden Primär-Kühlkreisläufe 4, 18 jeweils ein eigener Wärmetauscher und ein eigener Sekundär-Kühlkreislauf vorgesehen sein.
• Dem Dieselmotor bzw. Wärmeerzeuger 3 ist ein Turbolader 19 zugeordnet. Der Turbolader 19 weist eine Eingangsleitung auf, durch welche Ladeluft L von außerhalb des Schienenfahrzeugs 1a hinein strömt. Die Ladeluft L wird vom Turbolader 19 zu einem weiteren Wärmetauscher 5b weitergeleitet und von diesem insbesondere abgekühlt und zu dem Antrieb weitergeleitet. Aus dem Antrieb ausgestoßene Abluft A wird durch ein weiteres Leitungssystem durch den Turbolader 19 hindurch in die Außenumgebung des Schienenfahrzeugs 1a weggeführt.
• Der weitere Wärmetauscher 5b ist Bestandteil des Niedertemperatur-Kühlkreislaufs 20, NT. Der Niedertemperatur-Kühlkreislauf 20 weist beispielsweise in Reihe geschaltet zu dem weiteren Wärmetauscher 5b einen Luft-Kühler 21 und eine Pumpe 14a auf. Mittels der Pumpe 14a wird beispielsweise Kühlwasser durch diesen Kreislauf gepumpt. Parallel zu dem Luft-Kühler 21 ist beispielsweise ein weiteres Bypass-Ventil 6a geschaltet. Der Luft-Kühler 21 wird beispielsweise nur durch Umgebungsluft 21 durchströmt, um das Kühlmittel zu kühlen. Zur Unterstützung von Luftströmungen im Bereich des Kühlers 8 und des Luft-Kühlers 21 sind beispielhaft diesen benachbart Ventilatoren 11 angeordnet.
• 3 zeigt eine weitere modifizierte Ausführungsform mit einem Schienenfahrzeug 1b als einem Schienenfahrzeug mit Diesel-hydraulischem Antrieb, das heißt insbesondere einem Dieselmotor mit Ladeluft/Luft-Kühlung. Die dargestellten Komponenten entsprechend im Wesentlichen denen aus 2.
• Unterschiedlich ist, das kein Niedertemperatur-Kreislauf vorgesehen ist, sondern anstelle dessen die Ladeluft L vom Turbolader 19 direkt in einen Luft-Luft-Kühler 21a geleitet wird.
• 4 zeigt eine gegenüber 2 noch anders modifizierte Ausführungsform, bei welcher ein Schienenfahrzeug 1c mit Diesel-elektrischem Antrieb und einem Dieselmotor als Antrieb mit Niedertemperatur-Kreislauf 20, NT skizziert ist. Unterschiedlich gegenüber 2 ist dabei, dass der als Wärmeerzeuger 3 dargestellte Dieselmotor einen Generator 22 antreibt. Der Generator 22 erzeugt einen Strom, welcher an einem Stromrichter 23 anliegt, um eine geeignete Fahrspannung bzw. einen geeigneten Fahrstrom für einen elektrischen Antriebsmotor 24 bereitzustellen. Der elektrische Antriebsmotor 24 treibt über ein Achsgetriebe 17 die Achse und Räder 12 des Schienenfahrzeugs 1c an.
• 5 zeigt ein Schienenfahrzeug 1d mit elektrischem Antrieb, welches über eine Oberleitung 25 und einen Oberleitungsstromabnehmer 26 mit Strom versorgt wird. Gegenüber 4 entfallen der Dieselmotor als Antrieb eines Generators und der Generator. Als zu kühlende Wärmequellen bzw. Wärmeerzeuger 23, 27 hat dieses Schienenfahrzeug 1d jedoch den Stromrichter und einen Transformator.
• Rein beispielhaft sind sowohl der Stromrichter als auch der Transformator als Wärmeerzeuger 23, 27 an jeweils einen eigenen Wärmetauscher 5 gekoppelt. Jedem dieser Wärmetauscher 5 ist jeweils ein eigener Sekundär-Kühlkreis 7 zugeordnet. Dieses Schienenfahrzeug 1d hat somit rein beispielhaft zwei Sekundär-Kühlkreise 7 anstelle eines oder zweier in Reihe geschalteter und von einem gemeinsamem Luftstrom durchströmter Luft-Kühler.
• Gemäß einer modifizierten Ausgestaltung kann beispielsweise anstelle eines Luft-Kühlers 21 mit eigenem Wärmetauscher 5b und Niedertemperatur-Kühlkreislauf 20 oder direktem Anschluss des Turbolader 19 an einen Luft-Kühler 21a ein solcher Turbolader auch direkt über den Wärmetauscher 5a oder einen eigenen Wärmetauscher an den Sekundär-Kühlkreis 7 oder einen weiteren derartigen Sekundär-Kühlkreis mit Verdampfer angeschlossen sein.
• Gemäß weiterer modifizierter Ausgestaltungen können die beschriebenen Komponenten der beiden Kühlkreisläufe 4, 7 durch insbesondere gleich wirkende Komponenten ausgetauscht werden und es können insbesondere zusätzliche Komponenten hinzukommen. Beispielsweise kann anstelle eines einzelnen Wärmetauschers 5 eine Anordnung aus zwei Wärmetauschern in dem Kühlkreislauf 13 so angeordnet sein, dass jeder der Wärmetauscher einem der Kühlkreisläufe 4, 7 zugeordnet ist und die beiden Wärmetauscher so ausgestaltet sind, dass eine Wärmeübertragung zwischen diesen erfolgt. Insbesondere kann eine Wärmeübertragung zwischen zwei solchen Wärmetauschern gegebenenfalls sogar durch einen weiteren zwischen diese zwischen geschalteten Zwischen-Kühlkreis erfolgen. Auch können gegebenenfalls mehrere der Einzelnen beschriebenen Komponenten zu einer baulichen Komponente zusammengefasst werden. Insbesondere können Ausgestaltungen der Kühlkreisläufe, insbesondere des Sekundär-Kühlkreislaufs 7 eingesetzt werden, wie sie aus dem Haushaltsbereich von beispielsweise Kühlschränken oder Wäschetrockner für sich genommen bekannt sind, wobei dann gegebenenfalls angepasste, insbesondere größere Dimensionen der Komponenten vorzusehen sind.
• Insbesondere können die einzelnen Aspekte und Komponenten der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen auch untereinander ausgetauscht und/oder kombiniert werden, um noch weitere Ausgestaltungen zu erstellen.
• Bezugszeichenliste

1

Schienenfahrzeug

2

Schiene

3

Wärmeerzeuger, insbesondere Antrieb

4

Primär-Kühlkreislauf

5

Wärmetauscher

6

Bypass-Ventil

7

Sekundär-Kühlkreislauf

8

Kühler bzw. Kondensator

9

Kompressor

10

Drossel

11

Lüfter bzw. Ventilator

12

Rad

13

Kühlkreislauf

14

Pumpe

15

Wellen

16

Turbogetriebe

17

Achsgetriebe

18

Getriebeöl-Kühlkreislauf

19

Turbolader

20, NT

Niedertemperatur-Kühlkreislauf

21

Luft-Kühler

22

Generator

23

Stromrichter als Wärmeerzeuger

24

Fahrantrieb

25

Oberleitung

26

Oberleitungsstromabnehmer

27

Transformator als Wärmeerzeuger

dT

Temperaturdifferenz und übertragende Wärme

HT

Hochtemperatur-Kühlkreislauf

T

erzeugte Wärme

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 2850197 A1 [0007]
• DE 102009035285 A1 [0008]
• WO 2009/043669 A2 [0009]
• EP 2481652 A2 [0010]

Claims (9)

1. Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung (13) mit zumindest einem Wärmeerzeuger (3) und einem Primär-Kühlkreislauf (4), wobei in dem Primär-Kühlkreislauf (4) der zumindest eine Wärmeerzeuger (3) mit einem Wärmetauscher (5) gekoppelt ist zum Kühlen des zumindest einen Wärmeerzeugers (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein Sekundär-Kühlkreislauf (7) einen Verdampfer aufweist und zum Kühlen eines Kühlmediums des Primär-Kühlkreislaufs (4) Wärme übertragend mit dem Primär-Kühlkreislauf (4) gekoppelt ist.
2. Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundär-Kühlkreislauf (7) mittels des Wärmetauschers (5) mit dem Primär-Kühlkreislauf (4) gekoppelt ist.
3. Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundär-Kühlkreislauf (7) mit dem Wärmetauscher (5) als Verdampfer als ein Verdampferkreislauf ausgebildet ist.
4. Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung (13) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) als Verdampfer des Sekundär-Kühlkreislaufs (7) zugleich als der Wärmetauscher (5) des Primär-Kühlkreislaufs (4) ausgebildet ist.
5. Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung (13) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Primär-Kühlkreislauf (4) der Wärmeerzeuger (3) und der Wärmetauscher (5) über Leitungen für deren Kühlmittel miteinander verbunden sind, wobei zumindest eine der Leitungen durch eine Pumpe (14) zum Pumpen des Kühlmittels führt und/oder die Leitungen mittels eines Bypass-Ventils (6) strömungstechnisch untereinander verbindbar sind.
6. Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung (13) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundär-Kühlkreislauf (7) mit Leitungen für dessen Kühlmittel insbesondere in dieser Reihenfolge den Wärmetauscher (5) mit einem Kompressor (9), mit einem Kühler (8) und mit einer Drossel (10) und die Drossel (10) mit dem Wärmetauscher (5) verbindet.
7. Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung (13) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeerzeuger (3) zumindest eines von einem Antriebsmotor, einem Turbolader, einem Turbogetriebe, einem Stromrichter, einem Generator, einem Transformator oder einem elektrischen Energiespeicher eines Schienenfahrzeugs (1) ist.
8. Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung (13) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein solcher Sekundär-Kühlkreislauf (7) oder mehrere solche Sekundär-Kühlkreisläufe mehr als einen solchen Primär-Kühlkreislauf (4) kühlen.
9. Schienenfahrzeug (1) mit einer Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Schienenfahrzeug-Kühlvorrichtung (13) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.

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