DE2831810B2 - Klima- oder Luftheizungsanlage für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klima- oder Luftheizungsanlage für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit einem Luftzufuhrkanal zum Klimabzw. Heizaggregat, und einem diesen Luftzufuhrkanal zwecks Wärmeaustausches koaxial umschließend angeordneten Luftabfuhrkanal, wobei beide Kanäle in Wagenlängsrichtung über der Korridordecke angeordnet sind und sich bis in den Bereich der Wagenenden erstrecken und ggf. der Luftzufuhrkanal etwa in der Wagenmitte einen zum unterhalb des Wagenbodens angeordneten Klima- bzw. Heizaggregat führenden Verbindungskanal aufweist. Derartige Anlagen mit im Luftabfuhrkanal angeordneten Luftzufuhrkanal dienen der Energieeinsparung: Die aus den Abteilen und dem Korridor stammende temperierte Luft wird dazu benützt, den Luftzufuhrkanal im Gegenstrom- oder Gleichstromprinzip aufzuheizen. Erst nach entsprechender Ausnützung des in der Abluft noch vorhandenen Wärmeinhalts wird diese ins Freie geleitet.

Eine bekannte Anlage dieser Art (DE-AS 10 62 266) weist einen Luftzufuhrkanal auf, der sich über die gesamte Wagenlänge erstreckt und jeweils an den Wagenstirnseiten in Lufteintrittsöffnungen endet. In den Lufteintrittsöffnungen sind Filter vorgesehen. Die Förderung der Luft erfolgt mittels des sich an der in Fahrtrichtung weisenden Lufleiiitrittsöffnung aufbauenden Staudrucks. Überdies ist im Luftzufuhrkanal vor dem Klima- bzw. Luftheizaggregat ein Gebläse und im Luftabfuhrkanal am Wagendach in der Wagenmitte eine Absaugeinrichtung vorgesehen.

Bekannt ist auch schon eine Anlage (US-PS 22 66 986), bei der ein Lüfter am Anfang des Luftzufuhrkanals in einer Kammer angeordnet ist, der über Lufteintrittsöffnungen Frischluft zugeführt wird. Diese Kammer steht überdies mit einer Abluftkammer durch eine öffnung in Verbindung. Eine Klappe dient dazu, das Verhältnis zwischen angesaugter Frischluft und Abluft zu regeln. Der Zufuhrkanal ist jedoch nicht innerhalb des Luftabfuhrkanals angeordnet und von diesem sogar durch einen Isolationsspalt getrennL Aus

ίο dem Gesichtspunkt der Einsparung von Energie ist die Anordnung deshalb weniger günstig.

Bei der unter diesem Gesichtspunkt günstigeren erstgenannten Anlage bewirkt die Beaufschlagung der in Fahrtrichtung weisenden Lufteintrittsöffnung durch den Staudruck, daß von beiden Wagenenden her ungleiche Frischluftmengen in den Luftzufuhrkanal gelangen, wodurch auch der Wärmeaustausch zwischen Luftabfuhr- und Luftzufuhrkanal je nach Fahrgeschwindigkeit und Wagenbereich stark unterschiedlich ist. Eine optimale Ausnutzung des Energieinhaltes der Abluft ist daher nicht unter allen Betriebszuständen gewährleistet. Weiter ist möglich, daß bei niedrigen Außentemperaturen ein Vereisen der Außenfläche des Luftzufuhrkanals infolge Kondenswasserbildung auftritt. Der angestrebte Wärmeaustausch zwischen Abluft und Frischluft unterbleibt oder ist zumindest stark behindert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei allen Betriebszuständen möglichst unter Vermeiden der Nachteile der Kondenswasserbildung eine bessere Ausnutzung der Energie der abgeführten Luft zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an beiden Enden des Luftzufuhrkanals je eine schwenkbare Klappe angeordnet ist, wobei jede Klappe unabhängig von der anderen steuerbar ist und in der einen Extremlage die Versorgung des Luftzufuhrkanals mit Frischluft und in der anderen mit Abluft herstellt. Durch die beschriebene Klappenanordnung läßt sich in besonders einfacher Weise neben einem reinen Frischluf'betrieb sowohl ein Umluft- als auch ein Mischluftbetrieb erzielen. Es ist daher möglich, eine weitere Energieeinsparung, vor allem bei geringerem Besetzungsgrad der Abteile, dadurch zu erreichen, daß nur ein Teil der in die Abteile gelangenden Luft durch Frischluft ersetzt wird. Zum Zeitpunkt der Abteilaufheizung, etwa nach längeren Abstellzeiten, kann überdies trotz rascher Aufheizung eine weitere Energieeinsparung dadurch erzielt werden, daß die Klappen auf Umluftbetrieb gestellt werden. Ganz allgemein läßt sich durch die Klappen an beiden Enden des Luftzufuhrkanales der Temperaturunterschied zwischen dem Luftabfuhrkanal und dem in diesem angeordneten Luftzufuhrkanal in einem betriebsgünstigen und zugleich energiesparenden Bereich halten. Hierfür ist besonders günstig die Anordnung des Verbindungskanals des Luftzufuhrkanals mit dem Klima- bzw. Heizaggregat in der Wagenmitte, da hierdurch von beiden Klappen her maximale Wirkungsstrecken für den Wärmetausch zwischen Luftabfuhr- und Luftzufuhrkanal zur Verfügung stehen. Die Kondenswasserbildung und — bei entsprechend tiefen Temperaturen — die Vereisung des Luftzufuhrkanals kann überdies weitestgehend ausgeschaltet werden.
Soweit es doch zur Kondenswasserbildung kommt, wird dieses in einer gemäß einer Weiterbildung nach der Erfindung vorgesehenen Einrichtung zum Sammeln und Ableiten zusammengefaßt und vorzugsweise dem Luftstrom vor der Heizeinrichtung des Klimaaggrega-

tes zugeführt. Die durch die Klappeneinsteuerung bewirkte Energieeinsparung unter Verminderung der Kondenswasserbildung wird so weiter unterstützt und der Vereisung des Luftzufuhrkanals entgegengewirkt, die eine Verschlechterung des Energieaustausches zwischen Luftabfuhrkanal und Luftzufuhrkanal und damit auch eine Verschlechterung des Wirkungsgrades zur Folge hätte. Eine allenfalls doch einmal bei extrem niedrigen Außentemperaturen eintretende Vereispng läßt sich leicht dadurch beheben, daß der Luftzufuhrkanal durch abwechselndes Umschalten jeweils einer der beiden Klappen auf Umluftbetrieb abgetaut wird. Dieses Abtauen erfolgt dabei durch den Einsatz der Abluft auf energiesparende Weise, ohne daß deshalb auf die Frischluftzufuhr verzichtet werden muß, da jeweils nur eine der beiden voneinander unabhängig steuerbaren Klappen in die Umluftstellung gebracht wird. Durch die Abführung des beim Abtauen anfallenden Kondenswasser wird auch der Wiedervereisung nach Umschalten der Klappen entgegengewirkt.

Nach einem weiteren Merkmal kann schließlich der Luftzufuhrkanal in Achsrichtung verlaufende, die Oberfläche vergrößernde Falten aufweisen. Diese Oberflächenvergrößerung begünstig ebenfalls den Wärmetausch zwischen Luftabfuhr- und Luftzufuhrkanal. Ohne nennenswerte Mehrkosten wird damit der Wirkungsgrad der Anlage gesteigert, die Vereisungsgefahr reduziert und die angestrebte Energieeinbparung vermindert.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert worden.

Es zeigt

Fig. 1 den schematischen Längsschnitt durch einen Wagen eines Schienenfahrzeuges bzw. durch die Klima- und Luftheizungsanlage nach der Linie I-l in F i g. 2,

Fi g. 2 den Querschnitt gemäß der Linie 11-11 in Fig. 1 und

F i g. 3 eine Ausführungsvariante im Längsschnitt.

Gleiche Teile sind gleich bezeichnet.

Der Wagen 1 ist nur etwa bis zu seiner Mitte schematisch dargestellt. Er weist einen Einstiegraum 2 und mehrere Abteile 3 auf, die vom Korridor 4 getrennt durch eine Längs-Trennwand 5 getrennt sind. Die Trennwand 5 weist in Bodennähe je Abteil zwei Öffnungen 6 auf, durch die temperierte Luft aus den Abteilen 3 in den Korridor 4 strömen kann. An der Korridordecke 7 sowie im Übergang von der gewölbten Abteildecke 8 in die Trennwand 5 ist jeweils je Abteil eine in den Luftabfuhrkanal 9 mündende Öffnung 10 bzw. 11 vorgesehen. In einem Luftabfuhrkanal 9 ist ein Luftzufuhrkanal 12 angeordnet, wobei dieser in etwa Wagenmitte eine zu einem unter dem Wagenboden 13 vorgesehenen Klima- bzw. Luftheizaggregat 14 führenden Verbindungskanal 15 aufweist.

In den Abteilen 3 ist entlang der Fensterwand 16 in v> Bodennähe mindestens ein aus dem Klima- bzw. Luftheizaggregat 14 stammende Luft führender Längskanal 17 vorgesehen, der öffnungen 18 zum Fußraum der Abteile 3 hin sowie weitere Öffnungen 19 und 20, wobei letztere unterhalb des Fensters 21 angeordnet ist, bo aufweist.

Der Zuluftkanal 12 endet an jedem Wagenende im Bereich der Einstiegräume 2 und er steht in Verbindung mit jeweils einem über dem Einstiegraum 2 im Dach 22 des Wagens 1 angeordneten Ansaugschacht 23. Der b^r> Ansaugschacht 23 ist nach oben mittels Ansauggitter 24 abgeschlossen, wobei unmittelbar unter dem Ansauggitter 24 ein Luftfilter 25 angeordnet ist. Ein Luftfilter 25' kann jedoch auch unmittelbar am Eintritt in das Klimabzw. Luftheizaggregat 14 angeordnet sein (F i g. 3). Am Übergang des Ansaugschachtes 23 in den Luftzufuhrkanal 12 ist eine Klappe 26 vorgesehen, die in der in F i g. 1 gestrichen dargestellten Lage den Ansaugschacht 23 mit dem Luftzufuhrkanal 12 verbindet In der zweiten, ausgezogen dargestellten Extremlage dei Klappe 26 wird der Luftzufuhrkanal 12 vom Ansaugschacht 23 getrennt, und über den Einstiegraum 2 bzw. den in seiner Decke angeordneten öffnungen 27 und 28 eine Verbindung zwischen Luftabfuhrkanal 9 und Luftzufuhrkanal 12 hergestellt Der Luftabfuhrkanal 9 weist an jedem Wagenende je einen zum Wagendach 22 führenden senkrechten Kanal 29 auf, an dessen Durchtritt durch das Wagendach 22 ein statischer oder dynamischer Lüfter 30 für das Absaugen der verbrauchten Luft aus dem Luftabfuhrkanal 9 sorgt.

In dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht die Luftführung wie folgt.

Die Frischluftansaugung erfolgt an beiden Wagenenden durch die im Dach 22 befindlichen Ansauggitter 24, über die im Ansaugschacht 23 angeordneten Luftfilter 25 und über je eine Klappe 26 in den Luftzufuhrkanal 12, aus dem sie durch den etwa in Wagenmitte senkrecht angeordneten Verbindungskanal 15 zum Klima- bzw. Luftheizaggregat 14 gelangt. Nach entsprechender Temperierung wird die Luft durch ein GebK se 31 in den unterhalb der Fenster 21 in Bodennähe angeordneten Längskanal 17 gefördert, von wo sie zum Teil über die öffnungen 18 in den Fußraum der Abteile und zum anderen Teil über die Öffnungen 20 in einer aufwärts gerichteten Strömung entlang der Fenster 21 in die Abteile 3 strömt. An Öffnungen 19 im Längskanal 17 kann bei Bedarf auch Luft aus dem Abteil 3 der Neuluft beigemischt werden. Nach Durchströmen und Temperieren der Abteile 3 gelangt die Luft über die Öffnungen 11, in deren Bereich Thermostate 32 bzw. deren Thermofühler angeordnet sind in den Luftabfuhrkanal 9, in dem sie bis an die beiden Wagenenden geführt wird und über die dort angeordneten senkrechten Kanäle 29 über die Lüfter 30 ins Freie abgesaugt wird. Auf ihrem Weg vom Eintritt in den Luftabfuhrkanal bis zum Austritt durch die senkrechten Kanäle 29 umströmt die Abluft die durch Falten od. dgl. vergrößerte Außenfläche des im Luftabfuhrkanales 9 angeodneten Luftzufuhrkanales 12, wobei ein Wärmeaustausch im Gegenstrom zwischen beiden Luftströmen zustandekommt. Im Heizbetrieb wird daher die im Luftzufuhrkanal angesaugte kalte Luft von der warmen, aus den Abteilen in den Luftabfuhrkanal gelangenden Luft vorgewärmt. Im Kühlbetrieb (hohe Außentemperaturen) kann der umgekehrte Effekt erreicht werden. Der Luftabfuhrkanal ist gegen das Wagendach zum Vermeiden von Wärmeverlusten isoliert.

Die Klappen 26 ermöglichen reinen Frischluftbetrieb oder, in der anderen Extremlage, einen Umluftbetrieb, wobei ein Teil der Abluft aus dem Luftabfuhrkanal 9 und Luft aus dem Einstiegraum 2 dem Luftzufuhrkanal zugeführt wird. Ein Mischbetrieb ist auf einfache Weise dadurch möglich, daß eine Klappe auf Frischluft und die zweite auf Umluftbetrieb gestellt wird.

Bei extrem tiefen Außentemperaturen kann die Außenfläche des Luftzufuhrkanales infolge der feuchtwarn.en Abluft vereisen. Zum Abtauen der vereisten Flächen werden die beiden Luftklappen abwechselnd, periodisch in die Umluftstellung gebracht, das anfallende Kondensat wird zur Wagenmitte und von dort ins Freie geleitet, oder es wird über die Heizeinrichtung 14'

des Klimaaggregates 14 geführt und verdampft und zur Befeuchtung der besonders bei tiefen Außentemperaturen trockenen Frischluft verwendet.

In der in Fig.3 dargestellten Ausführungsvariante erfolgt der Wärmeaustausch zwischen Zu- und Abluft im Gleichstrom. Dabei erfolgt die Abfuhr der Abluft etwa in Wagenmitte durch einen senkrecht zum Wagenboden führenden Kanal 33. Bei dieser Ausfüh

rungsform kann die Abluft, nachdem sie erfindungsgemäß ihre Wärme an die Zuluft abgegeben hat, zur Kühlung eines unterhalb des Wagenbodens angeordneten Umformers weiterverwendet werden oder sie wird in den Bereich des Kondensatorlüfters gefühlt, wo sie zur Verbesserung des Kondensatorwirkungsgrades beitragen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Klima- oder Luftheizungsanlage für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit einem Luftzufuhrkanal zum Klima- bzw. Heizaggregat, und einem diesen Luftzufuhrkanal zwecks Wärmeaustausches koaxial umschließend angeordneten Luftabfuhrkanal, wobei beide Kanäle in Wagenlängsrichtung über der Korridordecke angeordnet sind und sich bis in den Bereich der Wagenenden erstrecken und ggf. der Luftzufuhrkanal etwa in der Wagenmitte einen zum unterhalb des Wagenbodens angeordneten Klima- bzw. Heizaggregat führenden Verbindungskanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des Lufzufuhrkanals (12) je eine schwenkbare Klappe (26) angeordnet ist, wobei jede Klappe unabhängig von der anderen steuerbar ist and in der einen Extremlage die Versorgung des Luftzufuhrkanales (12) mit Frischluft und in der anderen mit Abluft herstellt.

2. Klima- oder Luftheizungsanlage nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Sammeln und Ableiten von sich im Luftzufuhrkanal (12) bildenden Kondenswasser vorgesehen ist und dieses Kondenswasser vorzugsweise dem Luftstrom vor der Heizeinrichtung (14') des Klimaaggregats (14) zugeführt wird.

3. Klima- oder Luftheizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzufuhrkanal (12) in Achsrichtung verlaufende und die Oberfläche vergrößernde Falten o. dgl. aufweist.