DE6946383U - Fahrzeug mit bremswaermeheizvorrichtung - Google Patents

Description

Fahrzeugheizung mittels Bremswärme

Die Reisewagen der heutigentags benutzten Züge sind, nachdem die Dampflokomotive weitgehend verdrängt ist, mit elektrischen Heizaggregaten ausgerüstet. Bei vcn Elektrolokomotiven gezogenen Zügen werden die Elektrohelzkörper in den einzelnen Wagen unmittelbar aus dem Fahrdraht gespeist. Bei diesel-elektrischen oder diesel-hydraulleohen Lokomotiven mu3 Jedoch, da man im Wagenpark wegen der Austauschbarkeit der Wagen nur ein einheitliches Heizungssystem haben möchte, die Heizenergie über einen Generator erzeugt werden. Hier wird aus dem gegenüber dem Heizöl etwa fünfmal teureren Dieselöl zunächst mit eine.a Wirkungsgrad von maximal 30 % mechanische Energie erzeugt und diese dann über einen Generator, der ebenfalls mit Verlusten arbeitet, in elektrische Energie übergeführt. Die Heizungekosten dieselelektrisch oder diese!hydraulisch gezogener Züge liegen also zehnmal höher im Vergleich zu einer unmittelbar mit Heizöl betriebenen Zentralheizung.

Jedooh nicht nur auf dem Gebiet der Schienenfahrzeuge, sondern auoh auf dem der Straßenfahrzeuge, insbesondere der Omnibusse, weisen die Heizungseinrichtungen noch Nachteile auf. So ist es z.B. wünschenswert, daß ein Omnibus während der kalten Jahreszeit morgens bei Aufnahme des Liniendienstes schon warm 1st und nicht etwa erst während der ersten halben Stunde seines Betriebes sich langsam aufheizt. Um diesem übeletand abzuhelfen, nüsnen die Omnibusse nachts in beheizten Hallen abgestellt werden, oder wo dies nicht möglich ist, mit einer zusätzlichen, durch eine Zeitschaltuhr gesteuerte Standheizung versehen

werden, die während einiger Stunden vor Dienstbeginn den Omnibus langsam aufheizt. Abstellen in geheizten Hallen oder Zusatzheizung bedeuten jedoch zusätzlichen, zum Teil erheblichen Kosten- und Energieaufwand, um den Omnibus bereits bei Dienstbeginn aufgeheizt zu haben. Auch während der Betriebsstunden muß bei Omnibussen ständig Energie, z.B. in Form von Heizöl, zugeführt werden, um die Wärme im Wageninnerη zu erhalten, da die Abwärme des Motors nicht im Entferntesten ausreicht, einen so großen Raum genügend zu beheizen.

Den bekannten Fahrzeugheizungen haftet der Nachteil zum Teil erheblicher Anschaffungskosten und von dauernden Energiekosten an. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fahrzeugheizung zu schaffen, die mit geringeren Investitionskosten installiert und ohne Er.ergieko8ten betrieben werden kann.

Die Erfindung geht aus von einem Fahrzeug mit wenigstens einer füll- und entleerbaren Strömungsbremse, die mit wenigstens einer der Fahrzeugaeheen in Verbindung steht, und mit einem Flüssigkeit skre is lauf zum Abfuhren der Bremswärme vom Arbeitsmedium der Bremse an die Umgebungsluft, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines mit einem anderen Medium, insbesondere Wasser, gefüllten Sekundärkreislauf und löst die Erfindungsaufgabe dadurch, daß in dem die Bremswärme aufnehmenden FlUssigkeitskreislauf vorzugsweise im Sekundärkreislauf ein wärmeisolierter Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist, der eine solche Wärmespeicherkapazität aufweist, daß er den Wärmeanfall von normalen Betrlebsbremsungen während eines Zeitraumes von mehreren Stunden zu speiohern vermag. Dadurch wird die beta Abbremsen der Fahrzeuge nutzlos in Warne umgewandelte Energie dem Fahrzeug nutzbringend zu HeIzzweoken zurückgeführt.

Bei der Entwicklung zu loner schnelleren Reisezügen geht man mehr und mehr dazu Über, den Zugverband in seiner Zusammenstellung zu belassen und einen eigenen kleinen Wagenpark für diese

SpezialzUge zum Austausch bei Reparaturen bereitzuhalten. Eine allgemeine Austauschbarkeit innerhalb des Wagenparkes des gesamten Schienennetzes ist mit Rücksicht auf die Spezialisierung dieser Wagen im Hinblick auf die schnelle Reisegeschwindigkeit und besondere Komfortausstattung nicht zweckmäßig.

Die heutigentags verbreitete unwirtschaftliche Waggonheizung 1st also nicht mehr durch das Erfordernis der allgemeinen Austauschbarkeit bei Neuprojektierungen fixiert, sondern die Weiterentwicklung zu spezialisierten Zügen setzt auch hier den Weg zu wirtschaftlicheren Lösungen frei.

Über einen im Sekundärkreislauf angeordneten FlUssigkelts-Wärmetaueoher kann z.B. in Schienenfahrzeugen oder überland-Reisebussen Brauchwasser erwärmt werden. Ee kann im Fahrzeug eine Warmwasserheizung installiert und die Heizkörper dieses Systeme über EIn- und A esohaltventile angeschlossen werden.

Durch den Wärmespeicher im Sekundärkreislauf der Strömungebremse wird die la Laufe des Tages anfallende Bremswärme gespeichert. Seine Speicherkapazität ergibt sich aus dem FUllvolumen und dem Speiohereedlum,vorzugsweise Wasser, aber auch Ol (Ol lässt höhere Teaperaturen eu, aber 1st tourer). Die erzielbare Speioherselt, gewissermaßen die seitliche Speicherkapazität, ergibt sieh aus der Dloke und der Qualität der Wärmeisolierung. Der Primärkreislauf, d.h. dae Arbeitsöl, wird sofort wieder, auch bei warmen Wasser, im Sekundärkreislauf auf eine erträglich· Temperatur zurUokgekUhlt. Der Wärmespeicher nimmt die ganzen Wärisastöße, die die einzelnen Bremsungen darstellen, relativ schnell, d.h. Jeweils in wenigen Minuten oder gar Bruchteilen davon auf. Vom Wärmespeicher wird die Wärme dosiert an die Wärmebedarfsstellen abgegeben. Es hat eich in Versuchen gezeigt und auch eine Uberechlägige Berechnung bestätigt dies, dafl der Wärmeanfall in den Strömungsbremsen so groß ist, daß man selbst in kalten Wintertagen nicht in die Verlegenheit kommt, das Wärmereservoir erschöpft zu haben.

Es 1st eher die Gefahr einer Uberheizung gegeben. Ein übermäßiger Wärmeeintrag kann jedoch der Brems- und Heizanlage nioht schaden. Ee ist nämlich naoh weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen, durch einen ins Freie mündenden EntlUftungsansohlufi den Wärmespeicher auf Umgebungsdruck zu halten, so daS eine den Wärmeübergang vom Primär- auf den Sekundärkreislauf gefährdende übertee·- perlerung des Sekundärkreislaufes nioht eintreten kann. Ein besonders hoher Wärmeeintrag aufgrund häufiger Bremsungen würde lediglioh ein paar Eimer Wasser verdampfen lassen. Die hohe Verdampfungswärme von Wasser erlaubt es, selbst extreme Wärmebeträge in den Sekundärkreislauf einzuspeisen, ohne ihn zu Ubertemperieren und ohne die Speicherkapazität durch etwaigen Waeserverlust in unzulässiger Welse herabzusetzen. Verdampftes Wasser könnte bei der turnusmäßigen Nutzwasserauffüllung auch im Kältespeicher ersetzt werden.

Um Jedoch auch bei unbenutzter Wagenheizung und nur geringem Ware« Wasserverbrauch die Temperatur des Wärmespeichers unterhalb des Siedepunktes halten zu können, 1st naoh einem weiteren Oedanken der Erfindung vorgesehen, daß im Sekundärkreislauf in der Wirkung zu- und Abechaltbare Mittel zur Breraswärmeabfuhr an die Umgebungsluft angeordnet sind und daß diese Mittel hinsichtlich ihrer Wärmeabführleistung lediglioh auf etwa den über einen Betriebezeitraum von mehreren Stunden gemittelten Bremswärmeanfall ausgelegt sind. Es ist auoh möglioh, wenigstens einen Teil dar In den Relsewagen zu Heizzwecken Installierten Wärmetauscher duroh geeignete« verstellbare Luftführungen luftseitig wahlweise an das Wageninnere oder an die Außenluft anzuschließen und so in Sommerzeiten einen Wärmeüberschuß an die Umgebungsluft abzuführen. Die Speicherkapazität des Wärmeβpeichers vermag die unregelmäßig bei Bremsungen anfallenden Wärmestoße aufzufangen und über den Tag zu verteilen, so daß auch kleine Wärmeabführungseinrichtungen ausreichen, um die anfallende Bremswärme abzuführen. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung soll der Fahrtwind benutzt werden in der Weise, daß am Fahrzeug und am wärmeisolierten Behälter Mittel vorgesehen sind, aufgrund derer der Fahrtwind an nioht

isoliert· Oberfläohenteile des Behälters und von dort wieder ins Freie geleitet werden kann.

Die beschriebene Speicherheizung ist auch geeignet, die tagsüber angefallene Wärme Über Nacht zu speichern und in kürzester Zelt kurz vor Dienstbeginn zum Aufheizen ans Wageninnere abzugeben, so dafl die Fahrzeuge auch nach kalter Winternacht Im Freien ohne Zusatzheizung den Dienst aufgeheizt beginnen können.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispieles im folgenden näher erläutert. D.'.e Figur

zeigt schematisch die in einem Fahrzeug angeordnete Bremsanlage

und ihre Steuerungsteile sowie die verschiedenen Flüsslgkeitskreislaufe.

In dem Steuersoheraa ist mit 1 die hydrodynamische Bremse an der Achse 2 eines Fahrzeuges bezeichnet; Fußboden 3 und Dach 4 des Wagenaufbaues sind ebenfalls angedeutet. Der Strömungsbremse ist ein Kühl- und Regelkreislauf (Primärkreislauf) zugeordnet. In diesem Kreislauf ist in der vom ölsumpf 5 kommenden Zulaufleitung S ein durch die Druckluft-Ringleitung 19 gesteuertee Absperrventil 20 angeordnet. Sobald die Leitung 19 einen geringen Luftdruck führt, geht das in Ruhestellung geschlossene Ventil in die voll geöffnete Stellung. Die von der Strömungsbrems 1 zum auf den ölsumpf 5 aufgesetzten Flüssigkelts-FlUsslgkeits-Wärmetauschar 7 führende Rücklaufleitung 8 weist ein ebenfalls von der Druokluft-Ringleitung 19 aus gesteuertes Regelventil auf, welches als Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist und dessen Druckgrenze Je nach Druck in der Leitung 19 mehr oder weniger hoch einstellbar ist. Die Pumpwirkung der Strömungsbremse wird ausgenützt, um den Pr-lmärkrelslauf zirkulieren zu lassen.

Durch den Wärmetauscher 7 ist ein anderer FlUssigkeitskreislauf (Sekundärkreislauf) geführt, an den der Primärkreislauf seine Wärme über den Wärmetauscher 7 abgibt. In diesen mit Wasser gefüllten Sekundärkreislauf ist ein wärmeisolierter (Isolation 9)

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Flüssigkeitsbehälter 10 großen Fassungsvermögens ai. geordnet. Dies*. Behälter ist so groß, daß das in ihm enthaltene Wasser die Über einen Zeitraum von mehreren Stunden anfallende Breraawärme, ohne die Siedetemperatur zu erreichen, speichern kann. Die Isolation ist so stark, daß die gespeicherte Wärme ohne allzu große Verluste eine Nacht lang auch bei starker Kälte gehalten werden kann. Der Behälter 20 weist einen Entlüftungsanschluß 11 ins Freie auf, so daß sich kein Druck in ihm aufbauen und die normale Siedetemperatur nie überschritten werden kann. Durch eventuell extreme Wärmebelaatuna verdampfte Wassermengen können dorthlnaus entweichen.

In der Zulaufleitung 12 vom Behälter 10 zum Wärmetauscher 7 ist eine vom Motor 15 angetriebene Pumpe 16 angeordnet. Der Motor wird von einen von der leitung 19 aus gesteuerter Druckluftschalter 17 an das aus der Batterie 18 gespeiste bordnetz angeschlossen Sobald gebremst wird (Leitung 19 ist mit Druc'- boaufschl-.gt), wird mittels wotor 15 und Pumpe 16 Flüssigkeit des Sek' ""- /kreislaufos durch den Wärmetauscher 7 gefördert und die Breräwärme dem Im Primärkreislauf befindlichen, sich während des Bre iSens erwärmenden Arbeitsöl entzogen uan in den SekundärltreisiaUi auf gen rrjnen, wo sie im Behälter IC gespeichert wird. Nach beendigter⁵ ^"emsung und nach Druckeatlastung der Leitung 19 bleibt der Motor 19 aufgrund einer Vr ,'zögerung^schaltung noch eine gewisse Zeit eingeschaltet, so daß d'äa Arbeitsöl noch eine seit lang nachgezahlt werden kann.

An dem Behälter 10 ist ein von einem Temperaturfühler 1.3 gesteuerter Thermoschalter Ik- angeordnet, welcher die Jalous emotoren 21 and 22 an das Bordnetz anschließt, derart, daß sie bei geöffnetem rnermoschal er die Jalousien 2k und 25 schließen und bei geschlossenem öffnen. Der Behälter 10 ist in Längsrichtung mit eingeschweißten, die Stirnwände durchdringenden Rohren durchsetzt, über die Jalousie kann Fahrtwind durch die Kühlrohre geleitet werden. Der Thermoschalter spricht erst bei Siedetemperatur

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an und veranlasst ein Offnen der Jalousien und schließt sie wieder, sobal· erreicht hat.

wieder, sobald das Wasser des Sekundärkreislaufes z.B. 97°

Vom Wärmespeicher 10 geht eine Warmwasserheizung aus, deren Vorlaufleitung mit 27 und deren Rücklaufleitung mit 28 bezeiohnet 1st. Diese Leitungen sind zu einer durch den ganzen zugehörigen Wagen hindurchgefUhrten geschlossen?!! Leitungeschleife ausammengefUhrt. Der Umlauf wird durch die vom Motor 29 angetriebene Umwälzpumpe 30 aufrechterhallten. An die Leitungsscfleife sind, Vor- und Rücklauf miteinander verbindend, Heizkörper 251 Über ein Handventil 32 angeschlossen, welche in eingeschaltetem Zustand die Wärme des Wassers aus dem Behälter 10 aufgrund freier Konvektion an ¹Ie Luft des Wageninneren abgeben. Auf diese Weise kann dem Behälter 10 sehr viel Wärme entzogen werden, so daß die Rückkühlmittel des Fahrtwindes nur in geringem Umfang benutzt werden müssen. Wenn die Umwälzpumpe nach kalter Winternaoht kurz vor Dienstbeginn eingeschaltet wird, so wird über die Heizkörper 31 von der über Nacht vom Vortage gespeicherten Wärme das Wageninnere sehr schnell aufgeheizt. Der Wärmeverlust im Speicher 10 ist während des Betriebesinnerhalb weniger Stunden wieder ausgeglichen.

Die Wärme des Speichers 10 ist auch für die Brauchwassererwärmung leicht nutzbar zu machen. Dargestellt ist ein Haniwaschbecken 33, Über den ein Brauchwasserbehälter 3^ angeordnet ist. Der Kaltwas- eranschluS 35 des Beckens ist unmittelbar vo«n Behälter 34 zum Waschbecken 33 geführt; der Warmwasseranschlu^ wird über die im Speicher 10 angeordnete Rohrwendel 37, in der das Brauchwasser aufgeheizt wird, vom Behälter 3^ zum Becken geleitet. Solche Brauchwasserber¹ ausstellen sind nicht nur in den üblichen Reisewagen. z.B. in Toiletten und _tjnachräumen, sondern vor allem in Speisewagen mit Koch- und Spülküche sowie in Oberland-Reisebussen vorhanden.

Der Wärmespeicher ist aufgrund seines großen Passungsvermögens

sehr schwer, und es ist zweckmäßig, ihn unter den Fußböden des Fahrzeuges anzuordnen, um den Fahrzeugsohwerpunkt möglichst niedrig zu legen. Wenn die Isolierung zwischen Fußboden und Speicher etwas weniger stark ausgeführt wird, so kann er gleichzeitig als Fußbodenheizung dienen.

Heidenheim, 26.November I969
Pö/Rä

Claims (1)

1. • > > III

   A 2972

   Kennworts "Bremswärmespeleher"

   Patentansprüche

   --1. Fahrzeug mit wenigstens einer füll- und entleerbaren Strömungsbremse, die mit wenigstens einer der Fahrzeugachsen in Verbildung steht_ä und mit einem Flüssigkeitskreislauf zum Abführen der Bremswärme vom Arbeitsmedium der Bremse an die Umgebungsluft; vorzugsweise unter Zwischen· schaltung eines mit einem anderen Medium, insbesondere Wasser, gefüllten Sekundärkreislaufes, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Bremswärme aufnehmenden Flüssig-

   keits-Kreislauf, vorzugsweise im Sekundärkreislawf (12, 16, 7, 10) ein wärmeisolierter Flüssigkeitsbehälter (10) angeordnet ist, der eine solche Wärmespeicherkapazität aufweist, daß er den Wärmeanfall von normalen Betriebsbremsungen wählend eines Zeitraumes von mehre «en Stunden zu speichern vermag.

   Sekundärkreislauf wenigstens ein FlUssigkeit-FlUssigkeitswärmetauscher (357) zur Brauchwassererwärmung angeordnet ist,

   Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2 mit Warmw&sser-Fahrzeugheizung, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkörper

   dieser Fahrzeugheizung (27, 28) an den Sekundäricrei·- lauf Über Ein- und Ausschaltventile (52) angeeohlosaen aind.

   4. Fahrzeug nach Anspruch \, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreislauf in der Wirkung zu- und abaehmltbare Mittel (21, 22, 24, 25, 26) zur Bremewärmeabfuhr an die Umgebungs)uft angeordnet sind und dafl dies· MIttel hinsichtlich ihrer Wärmeabführleistung lediglich auf etwa den Ub' r einen Betriebszeiträum von mehreren Stunden gemittelten Bremswärmeanfall ausgelegt sind.

   5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Fahrzeug und am wärmeisolierten Behälter (10) Mittel (22, 24 und 21, 25) vorgesehen sind, aufgrund derer der Fahrtwind an nicht isolierte Oberflüchenteil* (26) des BehKlters (10) und von dort wieder ins Freie geleitet werden kann.

   6. Fahrzeug nach elnam vorhergehenden Anspruch, daduroh gekennzeichnet, dafl der Behälter einen EntlüftungeansohluS ("¹I) ins Freie aufweist.

   Heldenhelm, 26.November 1969
   Pö/Rä

   8946383 h. 1.71