DE2952357A1

DE2952357A1 - Heizung fuer eisenbahnwagen unter ausnutzung der abwaerme einer kraftmaschine

Info

Publication number: DE2952357A1
Application number: DE19792952357
Authority: DE
Inventors: Jun James Morton Herring
Original assignee: Budd Co
Current assignee: ThyssenKrupp Budd Co
Priority date: 1979-01-17
Filing date: 1979-12-24
Publication date: 1980-07-31
Also published as: PT70686A; BE881062A; ES8100183A1; CA1144905A; FR2453038A1; MX150626A; US4260103A; NZ192632A; FR2453038B1; IT8047599A0; IT1126891B; ZA797063B; AU539146B2; AU5518380A; ES487672A0; AR230400A1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Heizsystem für einen Eisenbahnwagen, das die Abwärme aus der Kraftmaschine bzw. Antriebsmaschine ausnutzt.

Es ist bereits bekannt, in Eisenbahnwagen für die Kraftmaschinen Wasserkühlung zu verwenden. In manchen Fällen wird die von der Kraftmaschine erzeugte Wärme anderweitig genutzt.

Infolge der sich ändernden Heizungserfordernisse eines Eisenbahnwagens aufgrund großer Änderungen der Temperaturbedingungen, bei denen der Wagen eingesetzt wird, ist es schwierig, die Abwärme aus einer Kraftmaschine direkt und dauernd zu verwenden, um den Wagen in herkömmlicher Weise zu heizen. Der Grund dafür besteht darin, daß bei einem warmen oder milden Klima entsprechenden Temperaturen wenig oder keine Wärme benötigt wird, während in den Wintermonaten der Heizbedarf sehr hoch ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Heizung für einen Eisenbahnwagen zu schaffen, der die Abwärme aus einer Kraftmaschine in einem Heizsystem des Wagens wahlweise ausnutzen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Wasserumwälzkreislauf verwendet wird, der einen Wärmetauscher für die Kühlung einer Kraftmaschine in einem Eisenbahnwagen hat. Das Heizsystem zur Erzeugung der Wärme für den Fahrgastraum, beispielsweise eines Eisenbahnwagens, hat Heizelemente, die mit heißem Wasser beheizt werden. Eine Pumpe wälzt das Wasser durch die Heizelemente entweder über einen ersten oder über einen zweiten parallelen Weg um. Der Wärmetauscher in dem Kraftmaschinenkühlsystem ist mit

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dem ersten parallelen Weg so verbunden, daß das durch ihn durch die Pumpe umgewälzte Wasser Wärme daraus aufnimmt. Der zweite Weg, durch den die Pumpe Wasser umwälzt, führt an dem Wärmetauscher im Nebenstrom vorbei. Auf die Temperatur ansprechende Einrichtungen schalten den Wasserstrom aus der Pumpe wahlweise entweder auf den ersten oder auf den zweiten Weg um.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Wasserkühlkreislauf, der für die Kühlung einer Kraftmaschine eines Eisenbahnwagens oder dergleichen geschaltet ist und einen Wärmetauscher aufweist. Das verwendete System zum Heizen des Fahrgastraums hat eine Pumpe zum Pumpen des Wassers zu den Heizelementen. Das Wasser aus der Pumpe wird wahlweise über einen ersten Weg gepumpt, der den Wärmetauscher aufweist, oder über einen zweiten Weg, der im Nebenstrom an den Wärmetauscher vorbeigeht, was von der Temperatur im Inneren des Wagens abhängt.

Anhand der Zeichnung, die ein Blockdiagramm für eine Eisenbahnwagenheizung zeigt, wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Die in einem nicht gezeigten Eisenbahnwagen eingesetzte Kraftmaschine 1o erzeugt Wärme. Die Maschine 1o wird durch ein Wasserkühlsystem gekühlt. Beim Anlaufen der Maschine wird Wasser während eines kurzen Zeitraums in einem Aufwärmkreis umgewälzt, der zwischen dem Auslaß 14 und dem Einlaß 16 der Kraftmaschine angeschlossen ist. Dieser Aufwärmkreislauf hat ein Thermostatventil 16, das in der Lage ist, das Wasser über einen von zwei Wegen zu steuern. Wenn sich die Temperatur beispielsweise unter 75 C befindet, läßt der Thermostat 18 das Wasser durch den Aufwärmkreislauf strömen, der eine Leitung 12 aufweist. Wenn die Temperatur 75 C erreicht, sperrt der Thermostat 18 das Wasser in dem Aufwärmkreislauf und führt es in einen zweiten Kreis oder auf einen Umwälzweg.

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Wenn das Wasser in dem Aufwärmkreislauf 75 C erreicht, strömt es durch einen zweiten Kreislauf, der einen Wärmetauscher 2o aufweist. Das Wasser strömt aus dem Wärmetauscher 2o zu einem weiteren Thermostat 22. Das Thermostatventil kann das Wasser auf dem einen oder anderen Weg fließen lassen, was vom Arbeitszustand abhängt, wie er durch die Temperatur festgelegt wird. Das Wasser fließt durch den Thermostaten 22 zu einer Leitung 24 und zurück zum Einlaß 16 der Kraftmaschine 1o, wenn sich die Temperatur über 75 C, jedoch unter 8o C befindet. Wenn das Wasser eine vorher festgelegte Temperatur, die höher als 8o C ist, erreicht, sperrt das Thsrmostatventil 22 das Wasser im zweiten Kreislauf und richtet es in einen dritten Kreislauf. Dies hat zur Folge, daß dieses System den Wärmetauscher 2o auf einer Temperatur von Bo⁰C nach seiner anfänglichen Aufwärmperiode hält. Wenn diese Temperatur überschritten wird, sorgt der dritte Kreislauf für eine stärkere Kühlung der Kraftmaschine 1o.

Wenn die Wassertemperatur Bo⁰C übersteigt, verhindert der Thermostat 22, daß Wasser in den zweiten Kreislauf mit der Leitung 24 fließt. Das Wasser wird zwangsweise durch den dritten Kreislauf geführt, der einen Dachkühler 26 hat. Das in dem Dachkühler 26 gekühlte Wasser wird über den dritten Kreislauf umgewälzt, der einen Expansionstank 2B und eine Leitung 3o aufweist, die zurück zum Einlaß 16 der Kraftmaschine 1c führt. Die gestrichelte Linie 32 stellt eine Einrichtung zum Entlüften aus den verschiedenen Leitungen dar. Wenn die Kraftmaschine anläuft, wird häufig Luft in der Maschine eingeschlossen oder in dem Kühlmittel umgepumpt, die abgeführt werden muß, damit die Pumpen des Systems und das Kühlmittel richtig arbeiten können. Der dritte Kreislauf mit der Leitung 3o dient hauptsächlich dazu, eine Überhitzung der Kraftmaschine zu verhindern. Er sorgt für eine Extrakühlung, wenn die Temperatur über Bo C ansteigt. Der Zweck des bisher beschriebenen Systems besteht darin, die Temperatur am Wärmetauscher 2o auf Bo C zu halten.

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Das rechts vom Wärmetauscher 2o in der Zeichnung gezeigte System bildet die Anordnung zum Heizen des Wageninnenraums oder eines anderen Abteils. Die Anordnung ist mit dem vorstehend beschriebenen System nicht verbunden.

Zum Umpumpen von Wasser in der Leitung über einen von zwei Wegen ist eine Wasserumwälzpumpe 34 vorgesehen. Der erste Weg geht von der Pumpe 34 um den Wärmetauscher 2o herum über ein Rückschlagventil 36, über Leitungen 38, 39 und 41, über Heizkörper oder Heizschlangen 4o und 42, durch die Luft zwangsweise mittels eines Gebläses oder anderer, nicht gezeigter Einrichtungen geführt wird, und zurück zur Pumpe 34.

Der zweite Weg geht von der Pumpe 34 durch ein Ventil 44, den Wärmetauscher 2o, über Leitungen 3Θ, 39 und 41 zu Heizkörpern oder Heizschlangen 4o und 42 und dann zurück zur Pumpe 34.

Wenn das System in Betrieb ist, wird die Pumpe 34 abhängig von dem Heizbedürfnis oder den Klimatisierungserfordernissen in einem Wagen ein- oder abgeschaltet. In einer Oberkopfleitung des Systems kann ein Thermoelement oder ein Thermistor 35 angeordnet werden. Die Pumpe 34 arbeitet nur, wenn der Wagen oder unterkühlte Luft bei der Klimatisierung erhitzt werden soll, und zwar dadurch, daß Luft durch die Heizkörper 4o und 42 erwärmt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß Heißwasser durch die Heizkörper zu ausgewählten Zeiten umgewälzt wird.

Das Heizsystem für den Innenraum des Wagens hat eine Einrichtung, beispielsweise in Form einer Temperaturfühlanordnung mit Thermistoren oder dergleichen, die in den Luftleitungen angeordnet sind, welche den Heizkörpern 4o und 42 zugeordnet sind. Die Ausgangssignale aus der Thermoelementanordnung werden einer Steuereinheit zugeführt, die

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verschiedene temperaturempfindliche Schalter haben kann und den Energieverlauf so schaltet, daß wahlweise die Pumpe 34 und ein Modulatorventil 44 betrieben werden, wenn vorher festgelegte Temperaturen erreicht werden.

Das Thermoelement 35 spricht auf die Temperatur in den nicht gezeigten Luftkanälen an. Diese Temperatur ist nicht die gleiche Temperatur wie die Temperatur des heißen Wassers im System. Das System ist so ausgelegt, daß es den verschiedenen Temperaturbedingungen genügt. Die meisten im System verwendeten Bauteile, beispielsweise die Thermostatventile, die Modulatorventile, die Pumpe und die Thermoelemente sind in üblicher Weise gebaut und in Anpassung an unterschiedliche Bedingungen variabel.

Das Thermoelement 35 stellt die Temperatur in den Luftkanälen fest, die den Heizkörpern zugeordnet sind, und gibt ein Signal zur Steuereinheit 37. Die Steuereinheit 37 hat verschiedene temperaturempfindliche Schalter und verfügt über die Energie, andere externe Einrichtungen arbeiten zu lassen, beispielsweise die Pumpe 34 und das Modulatorventil bzw. Steuerventil 44. Die spezielle Schaltung innerhalb der Steuereinheit 37 kann verschieden ausgeführt sein. Diese Schaltungen sind an sich bekannt, so daß Einzelheiten nicht erläutert zu werden brauchen.

Bei dem einen Betriebszustand hat das Thermoelement 35 eine vorher festgelegte Temperatur erreicht, beispielsweise etwa 17 bis 18⁰C. Die Steuereinheit 35 spricht so an, daß ein Schalter geschlossen wird, über den Energie für den Antrieb der Pumpe 34 zugeführt und das Steuerventil 44 geöffnet wird. In diesem Fall wird Wasser aus der Pumpe 34 über das Ventil 44, durch den Wärmetauscher 2o und die Heizschlangen 4o und 42 umgewälzt. Das Rückschlagventil 36 ist ein federbelastetes Ventil und so eingestellt, daß es einen etwas höheren Strömungswiderstand aufweist, als er auf dem Weg durch den

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Wärmetauscher 2o vorhanden ist, wenn das Ventil 44 geöffnet ist. Dementsprechend strömt Wasser auf diesem Weg solange, wie die Pumpe weiter arbeitet und das Steuerventil 44 offen ist.

Das Ventil 44 bleibt solange offen, bis die Temperatur unter eine vorgegebene Temperatur absinkt und beispielsweise Werte zwischen 22°und 23 C erreicht. Wenn die Temperatur des Kanals etwa 23⁰C überschreitet, schließt das Ventil 44. Wenn das Ventil 44 schließt, kann das Wasser aus der Pumpe 34 nicht mehr durch den Wärmetauscher 2o strömen. Die Federbelastung des Ventils 36 wird überwunden, so daß das Wasser durch das Ventil 36 strömt.

Das Ventil 44 kann so ausgelegt sein, daß es periodisch ein- und abschaltet und den Wasserstrom derart moduliert, daB er für ein vorher festgelegtes Verhältnis der Gesamtzeit eingeschaltet ist, beispielsweise wahrend 3o bis 7a % der Zeit, was von der Luftkanaltemperatur abhängt. Beispielsweise kann bei niedrigen Temperaturen das Ventil 44 länger als bei höheren Temperaturen offen bleiben. Somit schließt das Ventil 44, wenn die Kanaltemperatur 23°C erreicht, und öffnet, wenn die Temperatur abfällt. Das Ventil kann, wie erwähnt, so gesteuert werden, daß es in periodischen Intervallen entsprechend den Kanaltemperaturen öffnet und schließt.

Es können auch Einrichtungen vorgesehen sein, zu denen Thermistoren gehören, die der Steuereinheit 37 Signale zuführen. Die Thermistoren können dazu verwendet werden, Spannungssignale zu erzeugen, die die Temperaturhöhen darstellen. Weiterhin können in der Steuereinheit 37 Einrichtungen vorgesehen werden, die das Steuerventil 44 beispielsweise alle 15 s lang ein- und abschalten. Die Länge der Zeiträume, während derer das Steuerventil jeweils eingeschaltet bleibt, kann von der Temperaturhöhe abhängen, die von dem

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durch die Thermistoren erzeugten Spannungspegel dargestellt wird. Das Steuerventil kann bei niedrigen Temperaturen länger und bei höheren Temperaturen kürzer eingeschaltet sein. Es können auch verschiedene andere Einrichtungen zum Steuern der Arbeitsweise des Modullator- bzw. Steuerventils 44 verwendet werden, was von der Systemauslegung abhängt.

Erfindungsgemäß erhält man ein Heizsystem, das sich speziell bei Eisenbahnwagen anwenden läßt, wenn Zusatzenergiekraftmaschinen verwendet werden. Die Erfindung eignet sich jedoch auch für andere Fahrzeuge, beispielsweise für Busse, bei denen Flüssigkeitskühlsysteme für die Kraftmaschine verwendet werden. Natürlich können auch andere Kühlmittel als Wasser zum Einsatz im System gelangen.

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Claims

_SCH|_FF ν. FÜNER STREHI. 3CHÜBE.L.-HOPF EBBINGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2*3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 016O, D-8OOO MÖNCHEN Θ5

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES AUSO BEFORE THE EUROPEAN RATENT OFFICE

- ς. j, KARU UUOWIQ SCHIFF (ΙββΑ-1978)

■^ 3 ' DIPU. CHEM. OR. AUEXANOER V. FÜNER

DIPU. INQ. PETER STREHU

DIPU. CHEM. OR. URSUUA SCMÜBEL-HOPF DIPU. INO. DIETER EBBINQHAUS OR. INO. DIETER FINCK

TEUEFON (OsS) «β 3ΟΒ4 TEUEX 5-23 5ββ AURO D

TEUEQRAMME auromarcpat München

THE BUDD COMPANY ., »v. «■■*
Troy, Michigan, USA

Heizung für Eisenbahnwagen
unter Ausnutzung der Abwärme einer Kraftmaschine

Patentansprüche

^rA .^Heizung für einen Eisenbahnwagen unter Ausnutzung der Abwärme einer Kraftmaschine mit einem Flüssigkeitsumwälzkreislauf und einem Wärmetauscher für die Kühlung der Kraftmaschine und einem Heizsystem für die Abteile, dadurch gekennzeichnet , daß das Heizsystem

a) Heizelemente (4o, 42) für die Abteile zur Erzeugung von Wärme, ansprechend auf das durchströmende heiße Wasser,

b) eine Pumpe (34) zum Umwälzen von Wasser durch die Heizelemente (4o, 42) über einen ersten und einen zweiten parallelen Weg,

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ORIGINAL INSPECTED

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c) wobei der Wärmetauscher (2o) mit dem ersten parallelen Meg so verbunden ist, daß das durch ihn durch die Pumpe (34) über die Heizelemente (4o, 42) umgewälzte Wasser Wärme davon aufnimmt und

d) der zweite Weg einen Nebenweg bzw. Bypass zum Wärmetauscher (2o) bildet, und

e) Schalteinrichtungen (36, 37, 44) aufweist, die auf die Temperatur ansprechende Einrichtungen (35) haben, um wahlweise den Flüssigkeitsstrom aus der Pumpe (34) entweder auf den ersten oder auf den zweiten Weg umzuschalten.
2. Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen ein Ventil (44) aufweisen, das in den ersten parallelen Weg in Reihe zur Pumpe (34) und zum Wärmetauscher (2o) angeordnet ist.
3. Heizung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Ventil (36) in den zweiten parallelen Weg in Reihe zur Pumpe (34) angeordnet ist und den Wärmetauscher (2o) umgeht.
4. Heizung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Ventil (36) ein federbelastetes Ventil ist, das einen Durchgang mit einem höheren Widerstand als der Wärmetauscher (2o) aufweist, wenn das erste Ventil (44) offen ist.
5. Heizung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daB die auf die Temperatur ansprechenden Einrichtungen eine Temperaturfühleinrichtung (35), die für die Feststellung der Temperatur im Abteil angeordnet ist, und eine Steuereinrichtung (37) aufweisen, die mit der Temperaturfühleinrichtung (35) verbunden ist.

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6. Heizung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Steuerventil (44) auf die Steuereinrichtung (37) so anspricht, daß es öffnet, wenn die von der Temperaturfühleinrichtung (35) festgestellte Temperatur sich unter einem vorher festgelegten Niveau befindet, und schließt, wenn die Temperatur über ein vorher festgelegtes Niveau ansteigt.

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