DE19914565A1

DE19914565A1 - Einrichtung zur Kühlung von wärmeproduzierenden Baukomponenten eines elektrischen Schienenfahrzeugs

Info

Publication number: DE19914565A1
Application number: DE19914565A
Authority: DE
Inventors: Manfred Zengerle
Original assignee: ABB Daimler Benz Transportation Schweiz AG; ABB Daimler Benz Transportation Technology GmbH
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-05

Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Kühlung von wärmeproduzierenden Baukomponenten eines elektrischen Schienenfahrzeuges, wie insbesondere Stromrichtergeräte (1), unter Einsatz eines flüssigen Kühlmediums vorgeschlagen, wobei die produzierte Wärmeenergie bedarfsweise einem Rückkühler (5) und/oder einer Heizungsanlage (6) für den Fahrgastraum (10) zuführbar ist. Der Rückkühler (5) ist in die Außenhaut des Fahrzeuges integriert, wozu die Außenhaut des Fahrzeuges teilweise mit integrierten Kühlmittelleitungen versehen ist. Der Rückkühler kann im Wagendach (11), im Wagenboden (13) oder in Gehäuseraumdeckeln (14) integriert sein.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kühlung von wärmeproduzierenden Baukomponenten eines elektrischen Schienenfahrzeuges, wie insbesondere Stromrichtergeräte, unter Einsatz eines flüssigen Kühlmediums, wobei die produzierte Wärmeenergie bedarfsweise einem Zwischenenergieträger und/oder einer Heizungsanlage für den Fahrgastraum zuführbar ist.

Aus der DE 42 09 477 A1 ist ein Stromrichtermodul mit zwangsweisem Kühlflüssigkeits-Strömungsbad bekannt, das die von elektrischen und elektronischen Bauelementen, wie Widerständen, Kondensatoren, Drosseln, Thyristoren und Dioden produzierte Wärmeleistung aufnimmt. Wahlweise ist ein Kühlflüssigkeitsstrom vom Stromrichtermodul zu einer Heizungsanlage und/oder ein Kühlflüssigkeitsstrom über einen Bypaß parallel zum Stromrichtermodul einstellbar. Der den Kühlflüssigkeitsbehälter umschließende Gehäuseteil ist derart mit Kühlrippen versehen, daß hierüber bedarfsweise die gesamte produzierte Wärme abgegeben werden kann. Zur Führung der Kühlluft zu den Kühlrippen ist ein Luftkanal vorgesehen. Für die zwangsweise Kühlluftzuführung dient ein Lüfter. Da das Stromrichtermodul selbst die Wärmetauscherfunktion übernimmt, falls kein Heizbedarf ansteht, sind zusätzliche Wärmetauscher entbehrlich, was Kosten-, Raum- und Gewichtsvorteile hat und die Gefahr von Lecks minimiert.

Aus der DE 195 45 449 A1 ist eine Einrichtung zur Beheizung eines Fahrzeuginnenraumes eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges bekannt, bei dem die über eine Stromrichterventil-Kühleinrichtung, die über eine Antriebsmotor- Kühleinrichtung und die über eine Bremswiderstand-Kühleinrichtung erfaßten Wärmeenergien der Stromrichterventile, der Antriebsmotoren und der Bremswiderstände zur Beheizung des Fahrzeuginnenraumes herangezogen werden, wobei es sich bei den Kühleinrichtungen um Flüssigkeitskühleinrichtungen handelt, bei denen Brauchwasser als Kühlflüssigkeit Verwendung findet. Die Stromrichterventil-Kühleinrichtung und die Antriebsmotor-Kühleinrichtung sind in einem ersten Warmwasserkreislauf mit einem Wärmetauscher verbunden, der die über einen Lüfter angesaugte, mit Frischluft vermischte Raumluft aus dem Fahrzeuginnenraum erwärmt und über einen Warmluftkanal als Warmluft in den Fahrzeuginnenraum zurückführt. Die Bremswiderstand-Kühleinrichtung speist die im Fahrzeuginnenraum befindlichen Warmwasser-Heizkörper. Um die Abführung der von den Stromrichterventilen, Antriebsmotoren und Bremswiderständen produzierte Wärmeenergie auch außerhalb der Heizperioden sowie während der Übergangszeit im Frühjahr und Herbst zu gewährleisten, sind Umschaltschließklappen im Warmluftkanal vorgesehen. Diese Umschaltschließklappen öffnen den Warmluftkanal im Winterbetrieb und verschließen ihn im Sommerbetrieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Kühlung von wärmeproduzierenden Baukomponenten eines elektrischen Schienenfahrzeuges anzugeben, bei der der Rückkühler raum- und kostensparend eingebaut ist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rückkühler in einen Teilabschnitt der Außenhaut des Fahrzeuges integriert ist, wozu die Außenhaut des Fahrzeuges teilweise mit integrierten Kühlmittelleitungen versehen ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die relativ großen Flächen der Außenhaut des Fahrzeuges die Abgabe relativ großer Wärmeenergien ermöglichen, so daß das vorgeschlagene Konzept universell für kleine Antriebsleistungen und auch für große Antriebsleistungen mit großen Verlustleistungen geeignet ist. Es wird kein zusätzlicher Einbauraum innerhalb des Fahrzeuges benötigt. Der Stromrichter des Fahrzeuges ist an beliebiger Stelle des Fahrzeuges unabhängig von der Rückkühlung einbaubar. Zusätzliche Wärmeerzeuger für Heizzwecke sind entbehrlich, was Raum- Gewichts- und Kostenvorteile hat. Die Beheizung des Fahrgastraumes erfolgt ökonomisch ohne den Einsatz zusätzlicher Energieträger. Die Wartung des Rückkühlers gestaltet sich sehr einfach, da beispielsweise der Einsatz von Filtermatten, welche in vorgegebenen Zeitabschnitten ausgetauscht werden müssen, entfällt. Des weiteren ist kein Lüfter für den Rückkühler erforderlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Vorteile der vorgeschlagenen Einrichtung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Einrichtung zur Kühlung von wärmeproduzierenden Baukomponenten eines elektrischen Schienenfahrzeuges,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform mit einer Rückkühlfläche im Wagendach,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform mit einer Rückkühlfläche im Wagenboden,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform mit Rückkühlflächen in Geräteraumdeckeln.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Einrichtung zur Kühlung von wärmeproduzierenden Baukomponenten eines elektrischen Schienenfahrzeuges dargestellt. Es ist ein Stromrichtergerät 1 zu erkennen, welches über eine erste Kühlmittelleitung 2 (Vorlauf) und eine Pumpe 3 mit dem Eingang eines Dreiwegeventils 4 (bzw. Dreiwegemischers) verbunden ist. Der erste Ausgang des Dreiwegeventils 4 führt zum Kühlmitteleintritt eines Rückkühlers 5, während der zweite Ausgang des Dreiwegeventils 4 an den Kühlmitteleintritt einer Heizungsanlage 6 für den Fahrgastraum des Schienenfahrzeuges bzw. die Fahrgasträume eines Zuges angeschlossen ist. Die Kühlmittelaustritte des Rückkühlers 5 und der Heizungsanlage 6 sind über ein Verbindungsstück 7 mit einer zweiten Kühlmittelleitung 8 (Rücklauf) des Stromrichtergerätes 1 verbunden.

Als Kühlmittel dient vorzugsweise Brauchwasser mit einem Zusatz Frostschutzmittel.

Ein zur Fahrgastraumbelüftung dienender Ventilator 9 fördert Frischluft oder Umluft oder eine einstellbare Frischluft/Umluft-Mischung durch die Heizungsanlage 6. Der Rückkühler 5 wird durch den Fahrtwind gekühlt, so daß eine Lüftungsanlage hierzu nicht erforderlich ist.

Während der Heizperiode im Winter wird das erhitzte Kühlmittel vorwiegend der Heizungsanlage 6 zugeleitet. Während des Sommers ergibt sich in erster Linie ein Kühlmittelstrom in den Rückkühler 5, in dem die Rückkühlung des Kühlmittels durch den Fahrtwind erfolgt. Mit Hilfe des Dreiwegeventils 4 bzw. Dreiwegemischers ist es darüber hinaus stufenlos möglich, den erhitzten Kühlmittelstrom teilweise dem Rückkühler 5 und teilweise der Heizungsanlage 6 zuzuleiten, wodurch der Fahrgastraum in der Übergangszeit (Frühjahr und Herbst) in gewünschter Weise und mit gewünschter Temperatur beheizt werden kann.

In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform mit Rückkühlflächen im Wagendach dargestellt. Es ist das Schienenfahrzeug im Querschnitt gezeigt, mit Fahrgastraum 10, Wagendach 11, Geräteräumen 12 unter dem Fahrgastraum, Wagenboden 13 und Geräteraumdeckeln 14. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist das Wagendach 11 mit integrierten Kühlmittelleitungen versehen und dient als Rückkühler 5.2 zur bedarfsweisen Abfuhr der hierin gespeicherten Wärmeenergie.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform mit Rückkühlflächen im Wagenboden dargestellt. Bei dieser Ausführungsform dient der Wagenboden 13 als Rückkühler 5.3 und ist hierzu mit integrierten Kühlmittelleitungen versehen.

In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform mit Rückkühlflächen in Geräteraumdeckeln dargestellt. Bei dieser Ausführungsform dienen die Geräteraumdeckel 14 als Rückkühler 5.3 und sind hierzu mit integrierten Kühlmittelleitungen versehen. Die in den vorstehenden Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Maßnahmen können selbstverständlich auch miteinander kombiniert werden, d. h. es ergeben sich Ausführungsformen, bei denen beispielsweise sowohl das Wagendach 11 als auch der Wagenboden 13 oder sowohl der Wagenboden 13 als auch die Geräteraumdeckel 14 usw. mit jeweils integrierten Rückkühlern versehen sind.

Bei allen Ausführungsformen gemäß den Fig. 2, 3, 4 sind die Rückkühler 5.2, 5.3, 5.4 zweckmäßig mit Kühlrippen versehen, um die zur Wärmeabgabe an die Umgebungsluft wirksame Oberfläche zu vergrößern.

Als wärmeproduzierende Baukomponente ist vorstehend lediglich das Stromrichtergerät 1 angeführt. Es ist selbstverständlich auch möglich, weitere wärmeproduzierende Baukomponenten, wie Antriebsmotoren und Bremswiderstände zusätzlich in den Kühlmittelkreis mit Dreiwegeventil 4, Rückkühlern 5 und Heizungsanlage 6 einzubeziehen.

Bezugszeichenliste

1

Stromrichtergerät

2

erste Kühlmittelleitung

3

Pumpe

4

Dreiwegeventil bzw. Dreiwegemischer

5

Rückkühler

6

Heizungsanlage im Fahrgastraum

7

Verbindungsstück

8

zweite Kühlmittelleitung

9

Ventilator für Fahrgastraumbelüftung

10

Fahrgastraum

11

Wagendach

12

Geräteräume

13

Wagenboden

14

Geräteraumdeckel

Claims

1. Einrichtung zur Kühlung von wärmeproduzierenden Baukomponenten eines elektrischen Schienenfahrzeuges, wie insbesondere Stromrichtergeräte (1), unter Einsatz eines flüssigen Kühlmediums, wobei die produzierte Wärmeenergie bedarfsweise einem Rückkühler (5) und/oder einer Heizungsanlage (6) für den Fahrgastraum (10) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkühler (5) in einen Teilabschnitt der Außenhaut des Fahrzeuges integriert ist, wozu die Außenhaut des Fahrzeuges teilweise mit integrierten Kühlmittelleitungen versehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkühler (5.2) in das Wagendach (11) des Fahrzeuges integriert ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkühler (5.3) in den Wagenboden (13) des Fahrzeuges integriert ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkühler (5.4) in Geräteraumdeckeln (14) des Fahrzeuges integriert ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhaut des Fahrzeuges am Ort des integrierten Rückkühlers (5) mit Kühlrippen versehen ist.