DE1110680B

DE1110680B - Electrically controlled heating for vehicles, especially railway vehicles

Info

Publication number: DE1110680B
Application number: DEP21213A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Von Schuetz
Original assignee: Pintsch Bamag AG
Current assignee: Pintsch Bamag AG
Priority date: 1958-08-19
Filing date: 1958-08-19
Publication date: 1961-07-13

Description

Elektrisch gesteuerte Heizung für Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnfahrzeuge Für die Regelung der Heizung von Fahrzeugen, insbesondere von Eisenbahnfahrzeugen mit Abteilen, sind Verfahren bekannt, die eine generelle Vorregelung für den gesamten Wagen mit einer Einzelregelung der Abteile bzw. einzelnen Räume verbinden. Mitunter wird angestrebt, von einem Thermostaten oder einer Thermostatengruppe (Geber) aus die Vorregelung der Gesamtlast so zu gestalten, daß die Heizleistung bei offenen Einzelreglern etwas über dem jeweiligen Bedarf liegt, damit die Einzelregler nur noch eine restliche Korrektur für ihren Raum vorzunehmen haben. Auch ist es bekannt, daß die gleichen Geberimpulse, die zum Verstellen der Einzelregler in den Abteilen dienen, gleichzeitig unmittelbar auch den Haupteinlaßregler derart steuern, daß in Abhängigkeit von der Zu- oder Abnahme der Summe der beheizten Abteile die Wärmezufuhr zum Wagen stufenweise vergrößert bzw. verkleinert wird. Weiter ist es bekannt, den Haupteinlaßregler in Abhängigkeit von der Ansprechdauer oder der Ansprechhäufigkeit des abwechselnd arbeitenden Heizkörperreglers zu steuern.Electrically controlled heating for vehicles, in particular rail vehicles For regulating the heating of vehicles, especially rail vehicles with compartments, methods are known that have a general pre-regulation for the whole Connect trolleys with individual regulation of the compartments or individual rooms. Sometimes is aimed at from a thermostat or a thermostat group (transmitter) to make the pre-regulation of the total load so that the heating power with open Individual controllers is slightly above the respective requirement, so that the individual controllers only still have to make a remaining correction for their room. It is also known that the same encoder pulses that are used to adjust the individual controllers in the compartments serve, at the same time directly control the main inlet regulator in such a way that depending on the increase or decrease in the sum of the heated compartments the heat supply is gradually enlarged or reduced in relation to the car. Further it is known that Main inlet regulator depending on the response time or the response frequency of the alternately working radiator controller.

Da es mit zunehmender Elektrifizierung der Eisenbahnen sich meistens um elektrische Heizung handelt, die nur ein An- und Abschalten gestattet, verwendet man als Geber gern solche, die ein periodisches An- und Abschalten mit veränderlichen Ein-und Ausschaltzeiten bewirken, z. B. thermische Unterbrecher, deren Schaltzeiten sich unter dem Einfluß der Umgebungstemperatur ändern. So kann z. B. ein Thermostat mit elektrischer Eigenbeheizung versehen und der Außentemperatur- sowie sonstigen Einlußgrößen, wie Sonnenstrahlung und Wind, ausgesetzt werden, der dann seine Beheizung mitsamt dem Steuerstrom periodisch so an- und abschaltet, daß bei größerer Kälte die Einschaltzeiten die Ausschaltzeiten überwiegen, bei milderer Witterung umgekehrt, so daß die Heizleistung eine Funktion des Verhältnisses der Einschaltzeit zur Gesamtzeit wird. Hierbei braucht die Eigenbeheizung des Thermostaten nicht unmittelbar mit ihm in Berührung stehen, sondern er kann auch in einer entsprechend beheizten kleinen Kammer liegen, die ihrerseits der Außentemperatur ausgesetzt ist.As it is mostly with increasing electrification of the railways It is about electric heating that only allows switching on and off As a giver, one likes those that can be periodically switched on and off with variable Cause on and off times, e.g. B. thermal interrupters, their switching times change under the influence of the ambient temperature. So z. B. a thermostat provided with electrical self-heating and the outside temperature as well as other Influence variables, such as solar radiation and wind, are exposed to which then its heating together with the control current switches on and off periodically so that when it is very cold the switch-on times outweigh the switch-off times, vice versa in milder weather, so that the heating power is a function of the ratio of the switch-on time to the total time will. The self-heating of the thermostat does not need to be included in this process be in contact with him, but he can also be in a suitably heated small Chamber lying, which in turn is exposed to the outside temperature.

Soll nun ein solcher Thermostat die Gesamtbeheizung eines Wagens vorsteuern, so muß die Bedingung erfüllt sein, daß bei jeder Energieart die eingeschaltete Gesamtlast dem Maximalbedarf des Wagens entspricht und daß auch bei kurzzeitigem Einschalten stets die gleiche Leistung pro Zeiteinheit freigegeben wird. Dies ist bei elektrischer Heizung, die bei konstanter Spannung mit Schaltschützen gesteuert wird, ohne weiteres erfüllt. Ebenso trifft dies bei einer Warmwasserheizung zu, bei der das Wasser elektrisch oder mit portionsweise zugelassenem Dampf erwärmt wird und selbst eine mittlere Temperatur annehmen kann.If such a thermostat should now pre-control the overall heating of a car, so the condition must be met that the total load switched on for each type of energy corresponds to the maximum requirement of the car and that even when switched on for a short time the same power is always released per unit of time. This is with electrical Heating, which is controlled with contactors at constant voltage, without further ado Fulfills. This also applies to hot water heating, where the water is electric or is heated with steam allowed in portions and even a medium one Temperature can assume.

Anders liegen die Verhältnisse jedoch bei einer Dampfheizung. Hier müßten die Rohre vom Dampf sofort erwärmt werden, aber mit dem Abschalten auch sofort wieder kühl sein, was natürlich nicht möglich ist. Bei Verwendung des üblichen rückdampfgesteuerten Dampfeinlaßreglers müßte derselbe durch die elektrischen Stromimpulse auf mittlere Hubstellungen bzw. Leistungen gesteuert werden, unabhängig von seiner thermischen Steuerung durch den Rückdampf.However, the situation is different with steam heating. here the pipes would have to be heated up by the steam immediately, but also immediately when the system is switched off be cool again, which of course is not possible. When using the usual return steam controlled Steam inlet regulator would have to be the same through the electrical current impulses on average Stroke positions or powers are controlled, regardless of its thermal Control by the return steam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrische Vorsteuerung des Heizenergieflussesdurch periodische Stromimpulse variabler Ein- und Ausschaltzeiten auch für das Heizmittel Dampf brauchbar zu machen. Die pulslängenmodulierte Vorsteuerung der maximal möglichen Heizleistung für einen Wagen ist eine Zweipunktregelung in Abhängigkeit von Störgrößen, wie der Außentemperatur, der Sonneneinstrahlung, Einflüssen der Fahrgeschwindigkeit oder ähnlichem. Die eigentliche Abteilregelung regelt diesen von der Vorsteuerung- angebotenen Heizenergiefluß in Abhängigkeit von der Raumtemperatur und solchen Störgrößen, welche in die Raumtemperatur eingehen, wie Undichtigkeiten der Wände, Türen und Fenster.The invention is based on the object of the electrical pilot control the flow of heating energy through periodic current pulses with variable switch-on and switch-off times to make steam usable also for the heating medium. The pulse length modulated precontrol the maximum possible heating output for a car is a two-point control in Dependence on disturbances such as the outside temperature, solar radiation, influences the driving speed or the like. The actual compartment regulation regulates this Heating energy flow offered by the pilot control depending on the room temperature and such disturbances, which are included in the room temperature, such as leaks of the walls, doors and windows.

Bei einer elektrisch gesteuerten Heizung für Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnfahrzeuge, mit elektrischer Vorsteuerung des Heizenergieflusses durch periodische Stromimpulse variabler Ein- und Ausschaltzeiten besteht die Erfindung darin, daß für Dampfheizung mittels eines auf eine konstante Druckdifferenz vor und hinter mindestens einer Drosselstelle regelnden Membrandruckreglers eine Dampfströmung konstanter Durchgangsmenge -in Umlauf gebracht wird, welche durch _ ein Magnetventil als Absperrorgan im. Takte `der Vorsteüerimpulse abschaltbar ist. Der für die Mengenregelung maßgebliche Drosselquerschnitt kann der freie Querschnitt des geöffneten Magnetventils selbst sein. Auch können, vom Membrandruckregler her gesehen, hinter dem Magnetventil weitere Drosselstellen angeordnet sein, von welchen mindestens eine den für die Mengenregelung maßgeblichen Drosselquerschnitt darstellt. Diese weiteren Drosselstellen können die Absperrorgane der an das Heizungssystem angeschlossenen parallelgeschalteten Einzelheizflächen sein.In the case of an electrically controlled heater for vehicles, in particular Railway vehicles, with electrical pre-control of the heating energy flow through periodic Current pulses of variable switch-on and switch-off times, the invention consists in that for Steam heating by means of a constant pressure difference one before and after at least one throttle point regulating diaphragm pressure regulator Steam flow of constant passage quantity -is circulated, which through _ a solenoid valve as a shut-off device in the. Cycle of the feeder impulses can be switched off is. The throttle cross-section relevant for the quantity control can be the free cross-section of the open solenoid valve itself. Also can, from the diaphragm pressure regulator seen, be arranged behind the solenoid valve further throttle points, of which at least one of the throttle cross-sections relevant for the volume control is represented. These other throttling points can be the shut-off devices of the heating system connected parallel-connected individual heating surfaces.

Der Membrandruckregler regelt auf konstante Druckdifferenz und wirkt dadurch als Mengenregler, daß der Raum diesseits der Membran mit dem vor dem für die Mengenregelung maßgeblichen Drosselquerschnitt liegenden Teil des Heizungssystems in Verbindung steht und daß der Raum jenseits der Membran mittels einer Rohrleitung mit dem hinter der Drosselstelle liegenden Teil verbunden ist. Das im Heizungssystem anfallende Kondenswasser wird durch den Dampfdruck in einen hochgelegenen Gebrauchswasserbehälter gefördert. Obwohl dabei mit zunehmender Steighöhe des Kondensats sich die absolute Höhe des erforderlichen Dampfdruckes ändert, wird jedoch die relative Druckdifferenz vor und hinter der Drosselstelle durch den Membrandruckregler konstant gehalten, weshalb die bei geöffnetem Magnetventil den Drosselquerschnitt durchströmende Dampfmenge trotzdem konstant bleibt.The diaphragm pressure regulator regulates a constant pressure difference and works as a flow regulator that the space on this side of the membrane with the before for the volume control the relevant throttle cross-section lying part of the heating system is in communication and that the space beyond the membrane by means of a pipe is connected to the part located behind the throttle point. That in the heating system Accumulating condensation water is transferred to a high-level service water container by the steam pressure promoted. Although the increasing height of the condensate increases, the absolute The amount of the required vapor pressure changes, however, the relative pressure difference becomes kept constant upstream and downstream of the throttle point by the diaphragm pressure regulator, which is why the amount of steam flowing through the throttle cross-section when the solenoid valve is open nevertheless remains constant.

Bei Dampfheizung wird also erfindungsgemäß zum Zwecke der Vorsteuerung durch Stromimpulse der Weg einer Dampfmengenregelung beschritten, indem die Dampfdruckdifferenz an einer Drosselstelle durch einen Membrandruckregler geregelt und der Dampf durch eine Öffnung bestimmter Größe auf die für Vollast erwünschte Durchgangsmenge gedrosselt wird. Alsdann kann man mit einem hinter den Druck- bzw. Mengenregler geschalteten Magnetventil, das periodisch die Stromimpulse erhält, den gleichen Effekt erreichen, wie bei der elektrischen Heizung, gleichgültig, welche Oberflächentemperaturen die Heizrohre dabei annehmen. Insbesondere erweist sich für den genannten Zweck eine vorgeschlagene Heizung mit Kondensathochspeisung als geeignet, da ihr die gleiche Druckdifferenzregelung zugrunde liegt und die dadurch erzielte Regelung der sekundlichen Dampfmenge auch durch die Hebung des Kondensats zum Fangbehälter nicht gestört wird.In the case of steam heating, according to the invention, it is therefore used for the purpose of pilot control the way of regulating the amount of steam is trodden by current impulses by adjusting the steam pressure difference regulated at a throttle point by a diaphragm pressure regulator and the steam through an opening of a certain size is throttled to the passage quantity desired for full load will. Then you can switch with a downstream of the pressure or flow regulator Solenoid valve, which periodically receives the current pulses, achieve the same effect, as with electric heating, regardless of the surface temperature Accept heating pipes. In particular, turns out to be for the stated purpose proposed heating with condensate boost as suitable, since its the same Differential pressure regulation is based and the regulation of the secondary The amount of steam is not disturbed by the lifting of the condensate to the collecting tank.

In der schematischen Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.In the schematic drawing, two exemplary embodiments are shown Invention shown.

Abb. 1 zeigt eine elektrisch gesteuerte Dampfheizung für Fahrzeuge, bei welcher als für die Mengenregelung maßgeblicher Drosselquerschnitt der freie Querschnitt des geöffneten Magnetventils selbst wirkt. In dem Beispiel nach Abb. 2 sind hinter dem Magnetventil weitere Drosselstellen angeordnet.Fig. 1 shows an electrically controlled steam heater for vehicles, at which throttle cross-section the free Cross section of the open solenoid valve itself acts. In the example according to Fig. 2 further throttling points are arranged behind the solenoid valve.

In Abb. 1 ist eine elektrisch gesteuerte Dampfheizung mit Kondensathochspeisung im Schema dargestellt. Im Membrandruckregler 1 wird der aus der Dampfhauptleitung 2 kommende Dampf auf konstanten Druck entspannt und durchströmt ein Magnetventil 3, dessen freier Querschnitt zugleich die Dampfleistung bestimmt. Der Austrittsstutzen des Membrandruckreglers führt zu einer Drosselstelle, nämlich dem Magnetventil 3, dessen freier Querschnitt bei geöffnetem Magnetventil den für die Mengenregelung maßgeblichen Drosselquerschnitt darstellt. Der Druck hinter der Drosselstelle wirkt über eine Rohrleitung 9, welche mit der Oberkammer des Membrandruckreglers verbunden ist, auf die Oberseite der federbelasteten Membran 8, welche auf ihrer Unterseite vom hinter dem Einlaßventil herrschenden Dampfdruck beaufschlagt ist und das Einlaßventil zwischen der Dampfhauptleitung 2 und dem in das Heizungssystem führenden Austrittsstutzen betätigt. Der Regler 1 wirkt als Mengenregler, weil er das Druckgefälle an der Drosselstelle konstant hält. Bei konstantem Druckgefälle an einer Drosselstelle fließt eine gleichbleibende sekundliche Menge des Dampfes durch diese Drosselstelle.In Fig. 1, an electrically controlled steam heater with high condensate feed is shown in the scheme. In the diaphragm pressure regulator 1, the steam coming from the main steam line 2 is expanded to constant pressure and flows through a solenoid valve 3, the free cross section of which also determines the steam output. The outlet connection of the diaphragm pressure regulator leads to a throttle point, namely the solenoid valve 3, the free cross-section of which, when the solenoid valve is open, represents the throttle cross-section that is decisive for the quantity control. The pressure behind the throttle acts via a pipe 9, which is connected to the upper chamber of the diaphragm pressure regulator, on the upper side of the spring-loaded membrane 8, which is acted upon on its underside by the steam pressure prevailing behind the inlet valve and the inlet valve between the main steam line 2 and the in the outlet nozzle leading to the heating system is actuated. The regulator 1 acts as a flow regulator because it keeps the pressure drop at the throttle point constant. With a constant pressure drop at a throttle point, a constant secondary amount of steam flows through this throttle point.

Das Magnetventil 3 wird von einem Thermostaten 4 im Takte der Vorsteuerimpulse periodisch geöffnet und geschlossen. Der Thermostat 4 arbeitet als thermischer Unterbrecher für den Betätigungsstrom des Magnetventils 3 und ist beispielsweise der Außentemperatur ausgesetzt. Das im Heizungssystem entstehende Kondensat wird zu einem Gebrauchswasserbehälter 6 emporgedrückt, wobei es einen Abkühlkörper 7 durchfließt. Da die Oberseite der Membran 8 des Reglers 1 mit der Kondensatleitung durch das Rohr 9 verbunden ist, regelt der Membrandruckregler 1 auf konstante Druckdifferenz und arbeitet als Mengenregler. Unabhängig vom Wasserstand des Kondensats wird stets die gleiche Dampfmenge gefördert. In der Leitung zum Gebrauchswasserbehälter 6 ansteigendes Kondensat vermag an dieser Gesetzmäßigkeit nichts zu ändern, da der gleiche Gegendruck der Kondensatsäule zugleich unterhalb und oberhalb der Membran 8 des Reglers 1 wirksam ist.The solenoid valve 3 is controlled by a thermostat 4 in time with the pilot control pulses periodically open and closed. The thermostat 4 works as a thermal breaker for the actuation current of the solenoid valve 3 and is, for example, the outside temperature exposed. The condensate created in the heating system becomes a service water tank 6 pushed up, whereby it flows through a cooling body 7. Since the top of the The membrane 8 of the regulator 1 is connected to the condensate line through the pipe 9, the diaphragm pressure regulator 1 regulates to a constant pressure difference and works as a volume regulator. Regardless of the water level of the condensate, the same amount of steam is always pumped. In the line to the service water tank 6 rising condensate is able to this Nothing to change legality, since the same counter pressure of the condensate column at the same time below and above the membrane 8 of the controller 1 is effective.

Mittels des abschaltbaren Magnetventils 3 kann nun durch den Geber 4 die gesamte angebotene Heizleistung wie bei elektrischer Heizung in Abhängigkeit von der Außentemperatur vorgesteuert werden. Die an eine solche Heizung angeschlossenen Einzelheizflächen 10 der Abteile oder des zu heizenden Raumes können beispielsweise, wie in Abb.2 dargestellt, parallel liegen und einzeln für sich abschaltbar sein. Alsdann wird zweckmäßig die für die Durchgangsmenge des Dampfes maßgebliche Drosselung in die Absperrorgane 11 der Einzelheizkörper 10 hineinverlegt, während der Querschnitt am Magnetventil 3 nicht verengt wird. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die einzelnen Heizkörper von Hand oder durch Einwirkung des zugehörigen Raumthermostaten in Abhängigkeit von der Raumtemperatur zu regeln und abzuschalten, ohne daß dadurch die Durchgangsmenge der anderen Heizkörper sich vergrößert. Durch die Tätigkeit des Druckdifferenzreglers bleibt ja das Dampfdruckgefälle an jeder Stelle des angeschlossenen Heizungssystems erhalten. Andererseits wird durch das periodische Öffnen und Schließen des Magnetventils 3 die erwünschte Vorsteuerung erzielt, und beide Regelvorgänge überlagern sich, ohne sich gegenseitig zu stören.By means of the solenoid valve 3, which can be switched off, the encoder 4 depending on the total heating output offered as with electrical heating controlled by the outside temperature. Those connected to such a heater Individual heating surfaces 10 of the compartments or the room to be heated can, for example, as shown in Fig. 2, lie in parallel and can be switched off individually. The throttling, which is decisive for the amount of steam passing through, is then expedient in the shut-off elements 11 of the individual heating element 10, while the cross-section is not narrowed at the solenoid valve 3. This results in the possibility of the individual Radiator by hand or by the action of the associated room thermostat depending on to regulate and switch off from the room temperature without reducing the throughput the other radiator increases in size. By the action of the differential pressure regulator the vapor pressure gradient remains at every point in the connected heating system obtain. On the other hand, through the periodic opening and closing of the solenoid valve 3 achieves the desired feedforward control, and both control processes overlap, without disturbing each other.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrically controlled heating for vehicles, in particular railway vehicles, with electrical pre-control of the heating energy flow through periodic current pulses of variable switch-on and switch-off times, characterized in that for steam heating by means of a membrane pressure regulator (1) which regulates a constant pressure difference upstream and downstream of at least one throttle point a constant flow of steam is brought into circulation, which can be switched off by a solenoid valve (3) as a shut-off device in the cycle of the pilot control pulses.

2. Heater according to claim 1, characterized characterized in that as the throttle cross-section that is decisive for the quantity control free cross-section of the opened solenoid valve (3) itself acts (Fig. 1).

3. Heater according to claim 1, characterized in that, seen from the diaphragm pressure regulator (1) , further throttle points (11) are arranged behind the solenoid valve (3), of which at least one represents the throttle cross-section relevant for the quantity control (Fig. 2) .

4. Heater according to claim 3, characterized in that the further throttle points (11) are the shut-off devices of the individual heating surfaces (10) connected in parallel to the heating system.

5. Heating according to claim 1 or the following, characterized in that in the diaphragm pressure regulator (1) The space on this side of the membrane (8) with the one in front of the one that is decisive for the volume control Throttle cross-section (3) lying part of the heating system is in connection and that the space beyond the membrane by means of a pipe with the one behind the throttle point (3) lying part is connected.

6. Heater according to claim 1 or the following, characterized in that the condensation water occurring in the heating system is promoted by the steam pressure in a high-level service water tank (6) , with increasing height of the condensate, the absolute height of the required steam pressure changes, the relative pressure difference before and downstream of the throttle point, however, is kept constant by the diaphragm pressure regulator, which is why the amount of steam flowing through the throttle cross-section when the solenoid valve (3) is open nevertheless remains constant. Considered publications: German Patent Specifications No. 709 261, 731603.