EP0887523A2 - Expansion tank and hydraulic system with an expansion tank - Google Patents
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- EP0887523A2 EP0887523A2 EP98110118A EP98110118A EP0887523A2 EP 0887523 A2 EP0887523 A2 EP 0887523A2 EP 98110118 A EP98110118 A EP 98110118A EP 98110118 A EP98110118 A EP 98110118A EP 0887523 A2 EP0887523 A2 EP 0887523A2
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
- F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
- F01P11/029—Expansion reservoirs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
- B61C17/00—Arrangement or disposition of parts; Details or accessories not otherwise provided for; Use of control gear and control systems
Definitions
- the invention relates to an expansion vessel according to the preamble of Claim 1 and a hydraulic system with an expansion tank.
- the invention can be used for example in hydraulic systems for rail vehicles be both liquid cooling of power converters, traction motors and transformers as well as heating passenger compartments.
- in converters, traction motors and transformers (hereinafter also referred to as heat generators) Absorb heat loss via a suitable coolant, one Recirculating cooler (hereinafter also referred to as the first heat consumer) and dissipate it to the outside atmosphere.
- An expansion tank is used with a ventilation device for receiving the during the heating of the Cooling liquid necessarily increases in volume of the coolant and for ventilation.
- additional Facilities required to deliver the desired coolant flows to the recooler and to the heating device (hereinafter also referred to as a second heat consumer referred to) d.
- additional facilities are necessary with their help in heating operation at least part of the heated coolant decoupled from the cooling circuit and diverted via the heating device becomes.
- ventilation is also problematic of these additional facilities. In many cases, it is common that the additional Equipment collecting air via manually operated ventilation valves let down.
- the invention has for its object an expansion vessel of the beginning Specify the type mentioned, in addition to its volume compensation functions and venting for guiding and dividing coolant flows from at least one heat generator to at least two heat consumers suitable is. Furthermore, a hydraulic system with such an expansion tank is said to be be specified, which has a clear system piping and can be easily vented.
- This task is related to the expansion tank in connection with the Features of the preamble according to the invention by the in the characterizing part of the claim 1 specified features solved.
- the invention is described below with reference to the embodiment shown in the drawing explained.
- the rail vehicle has power converters to be cooled, Travel motors and transformers that are combined in one to be cooled Traction system 1 are shown.
- the traction system corresponds to 1 a heat generator.
- the cooling is preferably carried out with process water added antifreeze.
- the heated coolant is pumped by means of a circulation pump 3 via a return line 2 conveyed from the traction system 1 to an expansion vessel 4 and arrives via a first inlet 5 into a primary container 11 of this expansion vessel.
- the heated coolant leaves the primary container 11 a first output 6 and reaches the input of a recooler 7.
- the air-cooled Recooler 7 will cool the liquid to an instantaneous outside air temperature dependent temperature level cooled.
- the cooled coolant leaves the outlet of the recooler 7 and passes through a three-way valve 8 and a flow line 9 to the traction system 1.
- a three-way valve 8 and a flow line 9 to the traction system 1.
- the recooler 7 a first heat consumer.
- the further connection of the three-way valve 8 is connected to a bypass line 10, which is connected to the line between output 6 and recooler 7.
- a bypass line 10 which is connected to the line between output 6 and recooler 7.
- the coolant in turn leaves the primary container 11 via the outlet 6, where the further coolant flows explained above follow.
- a separate (not shown) pump takes over the coolant transport between primary tank 11 and heating device 21.
- the heating device 21 corresponds to a second heat consumer.
- the coolant flowing in via input 5 can become also divide into two partial flows to the outputs 6, 20. This is due to the current Determines the heat requirement of the heating device 21, which for example the desired passenger compartment heating of the rail vehicle via thermostats makes.
- An expansion line 18 leads from the return line 2, i. H. from the suction side the circulation pump 3, into a secondary container 13 of the expansion vessel 4, which is primarily used to accommodate the expansion of the heated coolant resulting additional volume serves. Above the coolant level An air collecting space 14 forms in the secondary container 13. This Air collection space 14 is within a certain via an automatic vent valve 15 Predefinable pressure limits - both overpressure and underpressure are in Desired way specified - connected to the outside atmosphere, so that a complete ventilation in a relatively short time and with very little personnel is possible.
- a connection 16 is used for quick ventilation between primary container 11 and secondary container 13 essential. This connection 16 opens at the highest point of the primary container 11 and the hydraulic one Systems and is slightly permeable to air, but difficult for the coolant permeable.
- a pipeline serves as a connection 16 between the two Containers 11, 13, which on the one hand in the upper region of the primary container 11 and on the other hand, opens into the lower region of the secondary container 13.
- the pipeline is of relatively small diameter to the circulating coolant flow to keep the ventilation circuit as small as possible.
- the secondary tank can be used to minimize the circulating coolant flow 13 be constructed from two partial containers, which have a partially permeable Partition wall are interconnected. It opens into the first part of the container the connection 16 (pipeline) and to the second sub-tank is the expansion line 18 connected.
- the expansion vessel according to the invention is not based on this limited, but can also have connections for other heat generators and heat consumers if this is necessary for specific designs.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausdehnungsgefäß gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 sowie auf eine hydraulische Anlage mit Ausdehnungsgefäß. Die Erfindung
kann beispielsweise bei hydraulischen Anlagen für Schienenfahrzeuge verwendet
werden, die sowohl der Flüssigkeitskühlung von Stromrichtern, Fahrmotoren
und Transformatoren als auch der Beheizung von Fahrgasträumen dienen.The invention relates to an expansion vessel according to the preamble of
Bei Schienenfahrzeugen ist es allgemein bekannt, die in Stromrichtern, Fahrmotoren und Transformatoren (nachfolgend auch als Wärmeerzeuger bezeichnet) entstehende Verlustwärme über eine geeignete Kühlflüssigkeit aufzunehmen, einem Rückkühler (nachfolgend auch als erster Wärmeverbraucher bezeichnet) zuzuleiten und dort an die Außenatmosphäre abzuführen. Dabei dient ein Ausdehnungsgefäß mit einer Entlüftungseinrichtung zur Aufnahme der während der Erwärmung der Kühlflüssigkeit sich zwangsläufig einstellenden Volumenvergrößerung des Kühlmittels und zur Entlüftung.In rail vehicles it is generally known that in converters, traction motors and transformers (hereinafter also referred to as heat generators) Absorb heat loss via a suitable coolant, one Recirculating cooler (hereinafter also referred to as the first heat consumer) and dissipate it to the outside atmosphere. An expansion tank is used with a ventilation device for receiving the during the heating of the Cooling liquid necessarily increases in volume of the coolant and for ventilation.
Soll die erwärmte Kühlflüssigkeit während des Winterbetriebes und in Übergangszeiten zur Beheizung des Schienenfahrzeuges herangezogen werden, sind zusätzliche Einrichtungen erforderlich, um die gewünschten Kühlflüssigkeitsströme zum Rückkühler und zur Heizungseinrichtung (nachfolgend auch als zweiter Wärmeverbraucher bezeichnet) einzustellen, d. h. es sind zusätzliche Einrichtungen notwendig, mit deren Hilfe bei Heizungsbetrieb zumindest ein Teil der aufgeheizten Kühlflüssigkeit aus dem Kühlkreislauf ausgekoppelt und über die Heizungseinrichtung umgeleitet wird. Problematisch ist dabei neben dem zusätzlichen Raumbedarf auch die Entlüftung dieser zusätzlichen Einrichtungen. Vielfach ist es üblich, die sich in den zusätzlichen Einrichtungen ansammelnde Luft über manuell betätigbare Entlüftungsventile abzulassen.Should the heated coolant during winter operation and in transition times are used to heat the rail vehicle are additional Facilities required to deliver the desired coolant flows to the recooler and to the heating device (hereinafter also referred to as a second heat consumer referred to) d. H. additional facilities are necessary with their help in heating operation at least part of the heated coolant decoupled from the cooling circuit and diverted via the heating device becomes. In addition to the additional space required, ventilation is also problematic of these additional facilities. In many cases, it is common that the additional Equipment collecting air via manually operated ventilation valves let down.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ausdehnungsgefäß der eingangs genannten Art anzugeben, das zusätzlich zu seinen Funktionen des Volumenausgleiches und des Entlüftens zur Führung und Aufteilung von Kühlflüssigkeitsströmen von mindestens einem Wärmeerzeuger zu mindestens zwei Wärmeverbrauchern geeignet ist. Des weiteren soll eine hydraulische Anlage mit einem solchen Ausdehnungsgefäß angegeben werden, die eine übersichtliche Anlagenverrohrung aufweist und einfach entlüftet werden kann.The invention has for its object an expansion vessel of the beginning Specify the type mentioned, in addition to its volume compensation functions and venting for guiding and dividing coolant flows from at least one heat generator to at least two heat consumers suitable is. Furthermore, a hydraulic system with such an expansion tank is said to be be specified, which has a clear system piping and can be easily vented.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Ausdehnungsgefäßes in Verbindung mit den
Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is related to the expansion tank in connection with the
Features of the preamble according to the invention by the in the characterizing part of the
Diese Aufgabe wird bezüglich der hydraulischen Anlage erfindungsgemäß durch die
im Kennzeichen des Anspruchs 4 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the hydraulic system
solved in the characterizing part of
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bislang separat anzuordnende Geräte zur Verteilung und Abzweigung von Kühlflüssigkeitsströmen - beispielsweise zu einem Rückkühler und zu einer Heizungseinrichtung - entbehrlich sind. Dies hat eine Gewichtsreduktion, eine Raumbedarfsreduktion und eine Kostenreduktion zur Folge. Insbesondere werden für das Befüllen und Entlüften der hydraulischen Anlage die Handhabung vereinfacht und die erforderliche Zeitdauer verkürzt. Handventile zum manuellen Entlüften sind nicht erforderlich, somit entfällt vorteilhaft auch die Notwendigkeit, derartige Handventile in gewissen Zeitabständen zu öffnen, um abgeschiedene Luft abzulassen. The advantages that can be achieved with the invention consist in particular in that so far Separately arranged devices for the distribution and branching of coolant flows - for example to a recooler and to a heating device - are unnecessary. This has a weight reduction, a space requirement and result in a cost reduction. In particular, for filling and venting the hydraulic system simplifies handling and the time required shortened. Manual valves for manual venting are not required, therefore there is also advantageously no need for such manual valves at certain time intervals to open to release separated air.
Vorteilhaft ist es auch nicht notwendig, den Primärbehälter des Ausdehnungsgefäßes zeitlich periodisch unter Überdruck zu setzen, um während des Befüllens der hydraulischen Anlage möglichst viel Luft aus der Anlage zu pressen.It is also advantageously not necessary for the primary container of the expansion vessel periodically pressurized periodically in order to fill the hydraulic system to press as much air as possible out of the system.
Diese Vorteile des einfachen Entlüftens sind nicht nur beim erstmaligen Befüllen der Anlage und während des Betriebes gegeben, sondern gelten auch beim Austausch defekter Baukomponenten der Anlage, da bei einem derartigen Austausch vielfach die Kühlflüssigkeit zumindest teilweise abgelassen werden muß und hierdurch erneut Luft in die Anlage eindringt.These advantages of simple venting are not only the first time you fill the Plant and given during operation, but also apply to replacement defective components of the system, as with such an exchange many times the coolant must be drained at least partially and thereby again Air enters the system.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
erläutert. In der einzigen Figur ist eine Rückkühlanlage für ein
Schienenfahrzeug dargestellt. Das Schienenfahrzeug weist zu kühlende Stromrichter,
Fahrmotoren und Transformatoren auf, die zusammengefaßt in einer zu kühlenden
Traktionsanlage 1 dargestellt sind. Allgemein entspricht die Traktionsanlage 1
einem Wärmeerzeuger. Die Kühlung erfolgt vorzugsweise über Brauchwasser mit
zugesetzten Frostschutzmittel.The invention is described below with reference to the embodiment shown in the drawing
explained. In the single figure is a recooling system for one
Rail vehicle shown. The rail vehicle has power converters to be cooled,
Travel motors and transformers that are combined in one to be cooled
Die erhitzte Kühlflüssigkeit wird mittels einer Umwälzpumpe 3 über eine Rücklaufleitung
2 von der Traktionsanlage 1 zu einem Ausdehnungsgefäß 4 gefördert und gelangt
über einen ersten Eingang 5 in einen Primärbehälter 11 dieses Ausdehnungsgefäßes.The heated coolant is pumped by means of a
Im Sommerbetrieb verläßt die erhitzte Kühlflüssigkeit den Primärbehälter 11 über
einen ersten Ausgang 6 und gelangt zum Eingang eines Rückkühlers 7. Im luftgekühlten
Rückkühler 7 wird die Kühlflüssigkeit auf ein von der momentanen Außenlufttemperatur
abhängiges Temperaturniveau abgekühlt. Die abgekühlte Kühlflüssigkeit
verläßt den Ausgang des Rückkühlers 7 und gelangt über ein Dreiwegeventil 8
und eine Vorlaufleitung 9 zur Traktionsanlage 1. Allgemein entspricht der Rückkühler
7 einem ersten Wärmeverbraucher.In summer operation, the heated coolant leaves the primary container 11
a
Der weitere Anschluß des Dreiwegeventils 8 ist mit einer Bypaßleitung 10 verbunden,
die an die Leitung zwischen Ausgang 6 und Rückkühler 7 angeschlossen ist.
Durch Ansteuerung des Dreiwegeventils 8 ist es in einer ersten Endstellung möglich,
die Kühlflüssigkeit vom Ausgang 6 über die Bypaßleitung 10, das Dreiwegeventil 8
und die Vorlaufleitung 9 zur Traktionsanlage 1 zu fördern. Diese erste Endstellung
wird beispielsweise während des Anfahrens des Schienenfahrzeuges eingestellt, bei
dem eine Kühlung der Kühlflüssigkeit noch nicht erforderlich ist.The further connection of the three-
Durch Ansteuerung des Dreiwegeventils 8 ist es in einer zweiten Endstellung möglich,
die Kühlflüssigkeit vom Ausgang 6 über den Rückkühler 7, das Dreiwegeventil 8
und die Vorlaufleitung 9 zur Traktionsanlage 1 zu fördern. Durch entsprechende
Ansteuerung des Dreiwegeventils 8 sind auch stufenlos Zwischenstellungen zwischen
diesen beiden Endstellungen einstellbar.By actuating the three-
Im Winterbetrieb gelangt die über den Eingang 5 in den Primärbehälter 11 des Ausdehnungsgefäßes
4 eingeströmte Kühlflüssigkeit zumindest teilweise über einen
zweiten Ausgang 20 zu einer Heizungseinrichtung 21 für die Beheizung des Schienenfahrzeuges.
Zur Erläuterung wird auf den oberen Bereich der Fig. 1 hingewiesen,
der eine Sicht auf das Ausdehnungsgefäß 4 zeigt. Der Rücklauf von der Heizungseinrichtung
21 führt zu einem zweiten Eingang 19 des Primärbehälters 11.In winter operation it reaches the
Die Kühlflüssigkeit verläßt den Primärbehälter 11 wiederum über den Ausgang 6, wo
sich die vorstehend erläuterten weiteren Kühlflüssigkeitsströme anschließen. Vorzugsweise
übernimmt eine separate (nicht dargestellte) Pumpe den Kühlflüssigkeitstransport
zwischen Primärbehälter 11 und Heizungseinrichtung 21. Allgemein
entspricht die Heizungseinrichtung 21 einem zweiten Wärmeverbraucher.The coolant in turn leaves the
Im Winterbetrieb und insbesondere auch im Übergangsbereich zwischen Sommerund
Winterbetrieb kann sich die über den Eingang 5 einströmende Kühlflüssigkeit
auch in zwei Teilströme zu den Ausgängen 6, 20 aufteilen. Dies wird durch den momentanen
Wärmebedarf der Heizungseinrichtung 21 bestimmt, welche beispielsweise
über Thermostate die gewünschte Fahrgastraumbeheizung des Schienenfahrzeuges
vornimmt.In winter operation and especially in the transition area between summer and
In winter operation, the coolant flowing in via
Damit die vorstehend erläuterten Kühlkreisläufe einwandfrei funktionieren, ist es
notwendig, einerseits die Anlage bei der Befüllung mit der Kühlflüssigkeit sorgfältig
zu entlüften und andererseits auch die während des Betriebes abgeschiedene Luft
abzulassen. Um die sich im Rückkühler 7 abscheidende Luft abzuführen, führt eine
Entlüftungsleitung 17 von der höchsten Stelle des Rückkühlers 7 in den Primärbehälter
11.It is so that the cooling circuits explained above function properly
necessary, on the one hand, the system carefully when filling with the coolant
to vent and on the other hand also the air separated during operation
let down. In order to remove the air separating in the
Eine Ausdehnungsleitung 18 führt von der Rücklaufleitung 2, d. h. von der Saugseite
der Umwälzpumpe 3, in einen Sekundärbehälter 13 des Ausdehnungsgefäßes 4,
welcher in erster Linie zur Aufnahme des bei Ausdehnung der erhitzten Kühlflüssigkeit
entstehenden zusätzlichen Volumens dient. Oberhalb des Kühlflüssigkeitsspieges
im Sekundärbehälter 13 bildet sich ein Luftsammelraum 14 aus. Dieser
Luftsammelraum 14 wird über ein selbsttätiges Entlüftungsventil 15 innerhalb gewisser
vorgebbarer Druckgrenzen - sowohl Überdruck als auch Unterdruck werden in
gewünschter Weise vorgegeben - mit der Außenatmosphäre verbunden, so daß eine
vollständige Entlüftung in relativ kurzer Zeit und mit sehr wenig Personaleinsatz
möglich ist.An
Innerhalb des Primärbehälters 11 entsteht für die von der Umwälzpumpe geförderte
Kühlflüssigkeit auf Grund des relativ großen Querschnittes ein Bereich mit reduzierter
Fließgeschwindigkeit und es wird den mit der Kühlflüssigkeit transportierten
Luftblasen eine Chance geboten, sich von der Kühlflüssigkeit zu trennen. Diese für
eine Phasentrennung günstigen Bedingungen reduzieren die zum vollständigen
Entlüften notwendige Zeitdauer. Für die rasche Entlüftung ist eine Verbindung 16
zwischen Primärbehälter 11 und Sekundärbehälter 13 wesentlich. Diese Verbindung
16 mündet an der höchsten Stelle des Primärbehälters 11 und des hydraulischen
Systems und ist für Luft leicht durchlässig, für die Kühlflüssigkeit jedoch erschwert
durchlässig.Inside the
Auf Grund des Anschlusses der Ausdehnungsleitung 18 an der Saugseite der Umwälzpumpe
3 sowie des Einganges 5 an der Druckseite der Umwälzpumpe liegt der
Pumpendruck zwischen den beiden Behältern 11, 13 des Ausdehnungsgefäßes an.
Hierdurch wird über die Verbindung 16 eine Strömung vom Primärbehälter 11 in den
Sekundärbehälter 13 und weiter über die Ausdehnungsleitung 18 und die Pumpe 3
zum Eingang 5 in Gang gesetzt. Diese Strömung stellt einen automatischen, durch
die Umwälzpumpe getriebenen Entlüftungskreislauf dar, der die im Primärbehälter
11 sich abscheidenden Luftbläschen und insbesondere auch die über die Entlüftungsleitung
17 in den Primärbehälter 11 einströmenden Luftbläschen in den
Luftsammelraum 14 transportiert.Due to the connection of the
Im Ausführungsbeispiel dient eine Rohrleitung als Verbindung 16 zwischen beiden
Behältern 11, 13, welche einerseits im oberen Bereich des Primärbehälters 11 und
andererseits im unteren Bereich des Sekundärbehälters 13 mündet. Die Rohrleitung
ist von relativ geringem Durchmesser, um den umlaufenden Kühlflüssigkeitsstrom
des Entlüftungskreislaufes möglichst klein zu halten.In the exemplary embodiment, a pipeline serves as a
Zur Minimierung des umlaufenden Kühlflüssigkeitsstromes kann der Sekundärbehälter
13 aus zwei Teilbehältern aufgebaut sein, welche über eine teilweise durchlässige
Zwischenwand miteinander verbunden sind. In den ersten Teilbehälter mündet
die Verbindung 16 (Rohrleitung) und an den zweiten Teilbehälter ist die Ausdehnungsleitung
18 angeschlossen.The secondary tank can be used to minimize the circulating
Im Ausführungsbeispiel ist von einem Wärmeerzeuger und zwei Wärmeverbrauchern die Rede. Das erfindungsgemäße Ausdehnungsgefäß ist jedoch hierauf nicht beschränkt, sondern kann auch Anschlüsse für weitere Wärmeerzeuger und Wärmeverbraucher aufweisen, falls dies bei konkreten Ausführungen notwendig ist.In the exemplary embodiment is of a heat generator and two heat consumers the speech. However, the expansion vessel according to the invention is not based on this limited, but can also have connections for other heat generators and heat consumers if this is necessary for specific designs.
Claims (5)
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DE1997127151 DE19727151A1 (en) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | Expansion tank and hydraulic system with expansion tank |
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