DE102015203668A1

DE102015203668A1 - Schienenfahrzeug mit Traktionskühlanlage

Info

Publication number: DE102015203668A1
Application number: DE102015203668.5A
Authority: DE
Inventors: Rudolf-Gerhard Volle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-09-08
Also published as: CN209521693U; EP3242824B1; WO2016139015A1; EP3242824A1; RU184315U1; ES2733584T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit wenigstens einer Traktionskomponente, die mittels einer Traktionskühlanlage (1) kühlbar ist, und mit einer Klimaanlage, die zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraums des Schienenfahrzeugs vorgesehen ist und einen mit dem Fahrgastinnenraum strömgungstechnisch verbundenen und aus dem Schienenfahrzeug herausführenden Fortluftkanal (9) aufweist, wobei die Traktionskühlanlage (1) einen Wärmetauscher (2) umfasst, an dem mittels eines Lüftermoduls (3) angesaugte Umgebungsluft (5) von einer Lufteinlassseite (6) des Wärmetauschers (2) aus zu einer Luftauslassseite (7) des Wärmetauschers (2) zur Entwärmung des Wärmetauschers (2) vorbei geführt ist, wobei ein Auslassende (10) des Fortluftkanals (9) der Klimaanlage an der Lufteinlassseite (6) des Wärmetauschers (2) der Traktionskühlanlage (1) derart angeordnet ist, dass das Lüftermodul (3) in dem Fortluftkanal (9) befindliche Fortluft ansaugt, so dass die Traktionskühlanlage (1) einen Fortluftmassenstrom bewirkt und als Fortluftgerät arbeitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Danach ist ein Schienenfahrzeug mit wenigstens einer Traktionskomponente, die mittels einer Traktionskühlanlage kühlbar ist, und mit einer Klimaanlage bekannt, die zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraums des Schienenfahrzeugs vorgesehen ist und einen mit dem Fahrgastinnenraum strömungstechnisch verbundenen und aus dem Schienenfahrzeug herausführenden Fortluftkanal aufweist, wobei die Traktionskühlanlage einen Wärmetauscher umfasst, an dem mittels eines Lüftermoduls angesaugte Umgebungsluft von einer Lufteinlassseite des Wärmetauschers aus zu einer Luftauslassseite des Wärmetauschers zur Entwärmung des Wärmetauschers vorbeigeführt ist.
Wie vorstehend beschrieben, liegen somit bei einem herkömmlichen Schienenfahrzeug für die Entwärmung der wenigstens einen Traktionskomponente einerseits und die Abführung von Raumluft aus dem Fahrgastinnenraum des Schienenfahrzeugs verschiedene Geräte vor. So dient die typischer Weise unterflur angeordnete Traktionskühlanlage, mittels deren Wärmetauscher Kühlfluid für die Traktionskomponente abgekühlt wird, zur Aufrechterhaltung des Betriebs der Traktionskomponente. Bei dieser kann es sich beispielsweise um einen Stromrichter, aber auch einen Transformator handeln.
Demgegenüber saugt das Fortluftgerät Luft aus dem Fahrgastinnenraum an und führt sie nach außerhalb des Fahrzeugs.
Vor diesem Hintergrund besteht die allgemeine Aufgabe, die Komplexität der strömungstechnischen Ausrüstung bei einem Schienenfahrzeug zu vermindern.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Schienenfahrzeug durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist bei dem Schienenfahrzeug vorgesehen, dass ein Auslassende des Fortluftkanals der Klimaanlage an der Lufteinlassseite des Wärmetauschers der Traktionskühlanlage derart angeordnet ist, dass das Lüftermodul in dem Fortluftkanal befindliche Fortluft ansaugt, so dass die Traktionskühlanlage einen Fortluftmassenstrom bewirkt und als Fortluftgerät arbeitet.
Gemäß dieser Vorgehensweise entfällt das im Stand der Technik eingesetzte Fortluftgerät als gesonderte Komponente des Schienenfahrzeugs. Vielmehr übernimmt die Traktionskühlanlage die Funktion des Fortluftgerätes zur Abführung von Fortluft aus dem Fahrgastinnenraum des Schienenfahrzeugs. Dazu kann es erforderlich sein, dass die Traktionskühlanlage hinsichtlich der Leistung ihres Lüfters/ihrer Lüfteranordnung gegenüber herkömmlichen Traktionskühlanlagen größer bemessen ist.
Es ergibt sich der Vorteil, dass Bauraum im Unterflurbereich des Schienenfahrzeugs eingespart wird. Auch ist zu erwarten, dass eine Gesamtmasse, ein elektrischer Energieverbrauch und Gesamtkosten des Schienenfahrzeugs vermindert werden.
Bevorzugt kann bei vorgegebener Mindestdrehzahl des Lüftermoduls der Fortluftkanal derart geometrisch ausgelegt und mit seinem Auslassende an der Lufteinlassseite des Wärmetauschers der Traktionskühlanlage angeordnet sein, dass ein nach den Anforderungen der Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums an die Klimaanlage erforderlicher Fortluftmassenstrom bei der Mindestdrehzahl abführbar ist. Dies gewährleistet auch für den Fall, dass die elektrische Traktionskomponente aktuell keinen Kühlbedarf hat und das Lüftermodul bei der vorgegebenen Mindestdrehzahl betrieben ist, dass ausreichend Fortluft aus dem Fahrzeuginnenraum abführbar ist.
Vorteilhafterweise kann der Fortluftmassenstrom in der Fortluftleitung steuerbar sein. Dies gestattet es, auf etwaige, z.B. auch kurzfristig auftretende besonders hohe Anforderungen an Kühlleistung für die Traktionskomponente reagieren zu können. In diesem Fall kann der Fortluftmassenstrom derart abgesenkt werden, dass mehr Umgebungsluft von dem Lüftermodul angesaugt wird, so dass eine höhere Entwärmung der elektrischen Traktionskomponente durch die Traktionskühlanlage erfolgen kann.
Der Fortluftmassenstrom kann beispielsweise mittels einer drehbaren Luftklappe steuerbar sein, die zum Verwirklichen verschiedener freier Querschnitte des Fortluftkanals in den Fortluftkanal integriert ist. Wird beispielsweise eine Temperatur der zu kühlenden elektrischen Traktionskomponente überwacht und diese Überwachung führt zum Feststellen eines erhöhten Kühlbedarfs, kann die drehbare Luftklappe den freien Querschnitt innerhalb des Fortluftkanals derart verkleinern, dass trotz erhöhter Drehzahl des Lüftermoduls der Fortluftmassenstrom im Wesentlichen gleich bleibt.
Allgemein ausgedrückt, kann der Fortluftmassenstrom abhängig von einem betriebsbedingten Kühlbedarf der wenigstens einen Traktionskomponente an die Traktionskühlanlage gesteuert sein.
Eine Überwachung des Fortluftmassenstroms im Fortluftkanal kann mittels eines Luftmengensensors erfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematische Blockdiagrammdarstellungen einer Traktionskühlanlage mit damit zusammenwirkenden Komponenten eines Schienenfahrzeugs.
Wie in der Figur dargestellt ist, umfasst eine beispielsweise bei einem Schienenfahrzeug eingesetzte Traktionskühlanlage 1 einen Wärmtauscher 2 sowie ein Lüftermodul 3. Das Lüftermodul 3 wiest im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Lüfterrad 4 auf, das Umgebungsluft 5 in Richtung auf eine Lufteinlassseite 6 des Wärmetauschers 2 ansaugt und an dem Wärmetauscher 2 vorbeiführt, wonach die erwärmte Umgebungsluft auf einer Luftauslassseite 7 den Wärmetauscher 2 verlässt.
Bei dem Wärmetauscher 2 kann es sich um einen Luft/Fluid-Wärmetauscher handeln, wobei es sich bei dem Fluid um das Kühlfluid für eine zu entwärmende elektrische Traktionskomponente (z.B. Stromrichter, Transformator) handelt und das Kühlfluid einen Traktionskühlkreis durchströmt.
Durch geeignete Strömungsführung verlässt die den Wärmetauscher 2 passierende Umgebungsluft die Traktionskühlanlage 1 in einem ausgeblasenen Luftstrom 8.
Die Traktionskühlanlage 1 wirkt zudem als Fortluftgerät. Dazu transportiert ein Fortluftkanal 9 aus einem Fahrgastinnenraum des Schienenfahrzeugs zu der Lufteinlassseite 6 des Wärmetauschers 2. Ein Auslassende 10 des Fortluftkanals 9 ist unmittelbar an der Lufteinlassseite 6 des Wärmetauschers 2 angeordnet, so dass das Lüftermodul 3 an dem Auslassende 10 des Fortluftkanals 9 einen Unterdruck erzeugt, welcher dazu führt, dass angesaugte Luft 11 aus dem Fahrgastinnenraum ebenfalls den Wärmetauscher 2 passiert und dem Luftstrom 8 an ausgeblasener Luft hinzugefügt wird. Zu diesem Zweck kann es erforderlich sein, eine herkömmliche Traktionskühlanlage hinsichtlich der Leistung ihres Lüftermoduls 3 derart aufzurüsten, dass parallel der Wärmetauscher 2 für die elektrische Antriebskomponente entwärmt und auch die Fortluft aus dem Fahrzeuginnenraum abgeführt werden kann.
Für den Betrieb der Traktionskühlanlage hat grundsätzlich die Funktion der Kühlung der elektrischen Antriebskomponente Priorität. Bei beispielsweise plötzlich auftretendem erhöhten Kühlbedarf für die elektrische Antriebskomponente kann ein Fortluftmassenstrom trotz erhöhter Leistung des Lüftermoduls 3 ungeändert gehalten werden. Zu diesem Zweck ist in dem Fortluftkanal 9 ein Luftmengensensor 12 vorgesehen, mit dessen Hilfe eine Größe des Fortluftmassenstroms im Fortluftkanal 9 überwachbar und messbar ist. Mit Hilfe einer in den Fortluftkanal 9 eingesetzten Luftklappe 13 kann die Größe des Fortluftmassenstroms geeignet gesteuert werden, in dem ein verbleibender freier Querschnitt des Fortluftkanals 9 einstellbar ist. Dazu ist die Luftklappe 13 drehbar aufgehängt und, abhängig von einem Kühlbedarf für die elektrische Antriebskomponente, steuerbar.
Das Lüftermodul 3 ist hinsichtlich der Drehzahl seines Lüfterrads 4 abhängig von einem Kühlbedarf der elektrischen Antriebskomponente gesteuert. Allgemein erfolgt diese Steuerung derart, dass eine Drehzahl des Lüfterrads 4 bei erhöhtem Kühlbedarf so weit angehoben wird, dass parallel die Funktionen „Fortluftgerät“ und „Traktionskühlanlage“ erfüllt werden können. Sobald die Kühlanforderung der elektrischen Antriebskomponente derart hoch wird, dass sich ein zu hoher Fortluftmassenstrom ergeben würde, wird die Luftklappe 13 zur Verringerung eines freien Querschnitts des Fortluftkanals 9 angesteuert.
Für das Lüftermodul 3 ist eine Mindestdrehzahl vorgegeben, die selbst bei nicht vorhandener Kühlanforderung für die elektrische Traktionskomponente anliegt. In diesem Fall wirkt die Traktionskühlanlage 1 in erster Linie als Fortluftgerät. Dazu ist der Fortluftkanal 9 derart geometrisch ausgelegt (Strömungswiderstand des Kanals), dass die vorgegebene Mindestdrehzahl des Lüftermoduls ausreicht, Anforderungen der Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums an die Klimaanlage zu erfüllen, d.h. ein dafür erforderlicher Fortluftmassenstrom wird durch das Lüftermodul 3 erzeugt.

Claims

Schienenfahrzeug mit wenigstens einer Traktionskomponente, die mittels einer Traktionskühlanlage (1) kühlbar ist, und mit einer Klimaanlage, die zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraums des Schienenfahrzeugs vorgesehen ist und einen mit dem Fahrgastinnenraum strömgungstechnisch verbundenen und aus dem Schienenfahrzeug herausführenden Fortluftkanal (9) aufweist, wobei die Traktionskühlanlage (1) einen Wärmetauscher (2) umfasst, an dem mittels eines Lüftermoduls (3) angesaugte Umgebungsluft (5) von einer Lufteinlassseite (6) des Wärmetauschers (2) aus zu einer Luftauslassseite (7) des Wärmetauschers (2) zur Entwärmung des Wärmetauschers (2) vorbei geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslassende (10) des Fortluftkanals (9) der Klimaanlage an der Lufteinlassseite (6) des Wärmetauschers (2) der Traktionskühlanlage (1) derart angeordnet ist, dass das Lüftermodul (3) in dem Fortluftkanal (9) befindliche Fortluft ansaugt, so dass die Traktionskühlanlage (1) einen Fortluftmassenstrom bewirkt und als Fortluftgerät arbeitet.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorgegebener Mindestdrehzahl des Lüftermoduls (3) der Fortluftkanal (9) derart geometrisch ausgelegt und mit seinem Auslassende (10) an der Lufteinlassseite (6) des Wärmetauschers (2) der Traktionskühlanlage (1) angeordnet ist, dass ein nach den Anforderungen der Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums an die Klimaanlage erforderlicher Fortluftmassenstrom bei der Mindestdrehzahl abführbar ist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortluftmassenstrom in der Fortluftleitung steuerbar ist.
Schienenfahrzeug nach einem der Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortluftmassenstrom mittels einer drehbaren Luftklappe (13) steuerbar ist, die zum Verwirklichen verschiedener freier Querschnitte des Fortluftkanals (9) in den Fortluftkanal (9) eingesetzt ist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortluftmassenstrom abhängig von einem betriebsbedingten Kühlbedarf der wenigstens einen Traktionskomponente an die Traktionskühlanlage (1) gesteuert ist.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortluftmassenstrom mittels eines Luftmengensensors (12) überwacht ist.