EP3177501A1 - Heizungssystem - Google Patents

Heizungssystem

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EP3177501A1
EP3177501A1 EP14752591.9A EP14752591A EP3177501A1 EP 3177501 A1 EP3177501 A1 EP 3177501A1 EP 14752591 A EP14752591 A EP 14752591A EP 3177501 A1 EP3177501 A1 EP 3177501A1
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EP
European Patent Office
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heating system
liquid
internal combustion
combustion engine
heating
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EP14752591.9A
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Inventor
Manfred PECHA
Andras KIRALY
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Siemens Mobility Austria GmbH
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D27/00—Heating, cooling, ventilating, or air-conditioning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D27/00—Heating, cooling, ventilating, or air-conditioning
    • B61D27/0036—Means for heating only

Definitions

  • the invention relates to a heating system for a
  • Passenger rail vehicles are almost always equipped with a heater for passenger compartment.
  • electrical energy is mostly used to generate the required heat, which is distributed via an air distribution system in the vehicle. If the power supply fails,
  • Passenger space temperature can fall in a relatively short time to a level that not only means lack of comfort for the passengers but can also be life-threatening. It should be noted that the fresh air supply must be guaranteed even in case of failure of the heater, which further accelerates the cooling of the passenger compartment. A very special danger to the passengers arises when driving in very cold regions, which operate far away from other infrastructure and where therefore no rapid support, or rescue
  • the task is done by a heating system for a
  • a heating system for heating a passenger compartment of a vehicle for heating a passenger compartment of a vehicle
  • Rail vehicle built, which is a for heating a Fluid circuit equipped fuel-driven heating device and a liquid-cooled
  • the advantage can be achieved to be able to use a fuel-operated heating device in conjunction with an air heater, wherein for the operation of a fan generated by the liquid-cooled engine
  • Piston or rotary piston engines are used.
  • the typically required power of, for example, 5 to 10kW allows the use of a wide variety of proven motors.
  • the internal combustion engine can also be equipped with a manually operated starting device (recoil starter), since a heating operation (and charging of the on-board battery) is made possible in the event of complete failure of the vehicle's electrical energy supply.
  • a heating operation and charging of the on-board battery
  • the starter generator is particularly advantageous to design the starter generator as a crankshaft starter generator, since in this way substantially reduces the number of components and thus the
  • crankshaft starter generator eliminates the otherwise required components such as sprocket, starter pinion, Einschmagnet and the like.
  • the fluid circuit flows through both the fuel-operated heating device, the heat exchanger and the liquid-cooled internal combustion engine. This is essential because the heat generated by the fuel-fired heater heats the engine and thus greatly facilitates engine start-up.
  • the design of the fluid circuit is such that the highest temperature of the circuit occurs at the outlet of the heater and the lowest at the outlet of the heat exchanger. The cooling liquid with the lowest
  • Temperature level is then supplied to the coolant inlet of the liquid-cooled internal combustion engine.
  • the maximum permissible inlet temperature is in this case
  • Cooling system of the internal combustion engine to consider.
  • Heater as well as the internal combustion engine with pumps for producing a liquid flow in the
  • Heater, pumps, fans, etc. automatically, at the request of the operating personnel.
  • Control actions on the components of the heating system are also manually executable. Such an operation of the heating system can be carried out even in case of defects of the control device or in the absence of power supply.
  • the advantage can be achieved to be able to maintain the fuel supply even if a fuel pump fails.
  • the commissioning of the heating system can be carried out in different sequences depending on environmental conditions and parameters of the heating system.
  • Fig.2 Heating system with direct drive of the fan.
  • FIG.l shows an example and schematically a heating system.
  • a rail vehicle comprises a passenger compartment 1, which can be heated by means of an air flow 8.
  • the heating system comprises a fuel-powered heating device 2, which generates the heat energy generated by it to a
  • Liquid circuit 4 gives off.
  • the liquid scirculation 4 flows through a heat exchanger 5, which the the heat
  • Charger 13 an accumulator 11 of a power supply 12 loads.
  • a fan 7 with an electric drive generates the air stream 8 and is fed from the power supply 12.
  • the power supply 12 supplies beside the
  • Fan 7 also controls and ancillaries of the fuel-powered heater 2 and more
  • liquid cooled engine 3 are supplied from a fuel tank 9 via fuel lines 10 with fuel.
  • FIG. 2 shows by way of example and schematically a heating system with direct drive of the fan. It is the embodiment of Fig.l shown, but wherein the fan 7 directly by the liquid-cooled internal combustion engine.
  • Fuel-operated heating device Liquid-cooled internal combustion engine

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

Heizungssystem für die Beheizung eines Passagierraums (1) eines Schienenfahrzeugs, umfassend ein brennstoffbetriebenes Heizungsgerät (2) welches zur Erwärmung eines Flüssigkeitskreislaufs (4) eingerichtet ist, wobei mittels eines Wärmetauschers (5) die Wärmeenergie des Flüssigkeitskreislaufs (4) in den Passagierraum einleitbar ist und einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (3) und wobei der Flüssigkeitskreislaufs (4) den flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (3) durchströmt.

Description

Besehreibung
HeizungsSystem.
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Heizungssystem für ein
Passagierschienenfahrzeug .
Stand der Technik
Passagierschienenfahrzeuge sind praktisch immer mit einer Heizung für Passagierraum ausgestattet. Dabei wird meist elektrische Energie eingesetzt um die erforderliche Wärme zu erzeugen, welche über ein Luftverteilungssystem im Fahrzeug verteilt wird. Fällt die Energieversorgung aus,
beispielsweise durch einen Bruch des Fahrdrahts oder einen Defekt an der Lokomotive so ist auch die Wärmeversorgung unterbrochen. Dies kann in sehr kalten Gebieten ein besonders gravierendes Problem darstellen, da die
Passagierraumtemperatur in relativ kurzer Zeit auf ein Niveau sinken kann, welches nicht nur mangelnden Komfort für die Passagiere bedeutet sondern auch lebensgefährlich sein kann. Dabei ist zu beachten, dass die Frischluftversorgung auch bei Ausfall der Heizung gewährleistet sein muß, was die Abkühlung des Passagierraums weiter beschleunigt. Eine ganz besondere Gefährdung der Passagiere entsteht bei Fahrten in sehr kalten Regionen, welche weitab von sonstiger Infrastruktur verkehren und wo somit keine rasche Unterstützung, bzw. Rettung
erfolgen kann. Für solche Einsatzgebiete sind
festStoffbetriebene Notheizungen gebräuchlich, bei welchen das Fahrpersonal in einem Notfall manuell ein Feuer entfachen und den Passagierraum dadurch erwärmen kann. Modernere Alternativen sehen den Einsatz eines flüssigkeit sbetriebenen Heizgeräts vor, welches die Zuluft erwärmt. Dabei ist ein elektrisch Betriebener Lüfter vorgesehen um die erwärmte Luft in dem Passagierraum zu verteilen. Dieser Lüfter wird in diesem Notheizbetrieb aus dem Akkumulator des Fahrzeugs gespeist und weist somit eine begrenzte Betriebsdauer auf. Neben dem genannten Lüfter sind auch die Notbeleuchtung und diverse Steuereinrichtungen aus diesem Akkumulator zu
speisen, was eine weitere Verkürzung der Betriebsdauer bewirkt. Mit den für Passagierschienenfahrzeugen
gebräuchlichen Akkumulatorkapazitäten sind typischerweise Betriebsdauern vom 3 Stunden erzielbar. Diese Betriebsdauer ist beim Einsatz in sehr abgelegenen und kalten Gebieten nicht ausreichend, jedoch ist eine wesentliche Erweiterung der Akkumulatorkapazität nicht wirtschaftlich.
Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Heizsystem für ein Passagierschienenfahrzeug anzugeben, das die Nachteils des Stands der Technik vermeidet und dessen Betriebsdauer nicht durch die Kapazität eines Akkumulators begrenzt ist.
Die Aufgabe wird durch ein Heizsystem für ein
Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche .
Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird ein Heizungssystem für die Beheizung eines Passagierraums eines
Schienenfahrzeugs aufgebaut, welches ein zur Erwärmung eines Flüssigkeitskreislaufs eingerichtetes brennstoff etriebenes Heizungsgerät und einen flüssigkeit sgekühlten
Verbrennungsmotor umfasst, wobei mittels eines Wärmetauschers die Wärmeenergie des Flüssigkeitskreislaufs in den
Passagierraum einleitbar ist und wobei der
Flüssigkeitskreislaufs den flüssigkeit sgekühlten
Verbrennungsmotor durchströmt.
Dadurch ist der Vorteil erzielbar, ein brennstoffbetriebenes Heizungsgerät in Verbindung mit einer Luftheizung einsetzen zu können, wobei für den Betrieb eines Lüfters die von dem flüssigkeit sgekühlten Verbrennungsmotor generierte
mechanische Energie eingesetzt wird. Dabei können
gebräuchliche Wasserheizungsgeräte eingesetzt werden, welche flüssige Brennstoffe (Benzin, Diesel, Heizöl) in einer wassergekühlten Brennkammer verbrennen.
Als flüssigkeit sgekühlter Verbrennungsmotor können alle
Kolben- bzw. Rotationskolbenmotoren eingesetzt werden. Die typischerweise erforderliche Leistung von beispielsweise 5 bis 10kW ermöglicht den Einsatz einer breiten Vielfalt bewährter Motore. Insbesondere ist es vorteilhaft, den
Verbrennungsmotor neben einem elektrischen Starter auch mit einer manuell bedienbaren Starteinrichtung (Seilzugstarter) auszustatten, da solcherart auch bei komplettem Ausfall der elektrischen Energieversorgung des Fahrzeugs ein Heizbetrieb (und auch ein Laden der Bordbatterie) ermöglicht wird.
Weiters ist es empfehlenswert, das Heizungssystem mit einem eigenen, von dem Bordnetz trennbaren Akkumulator
auszustatten, sodass bei Ausfall der elektrischen
Energieversorgung des Fahrzeugs ein Startvorgang durchgeführt werden kann. Es ist vorteilhaft, den Starter des Verbrennungsmotors als sogenannten Startergenerator auszuführen, welcher sowohl als Starter als auch als Generator betrieben werden kann.
Insbesondere vorteilhaft ist es, den Startergenerator als Kurbelwellen-Startergenerator auszuführen, da solcherart die Anzahl der Bauteile wesentlich reduziert und somit die
Ausfallwahrscheinlichkeit verringert werden kann. Durch den Einsatz eines Kurbelwellen-Startergenerators entfallen die sonst erforderlichen Bauteile wie Zahnkranz, Starterritzel, Einrückmagnet und ähnliche.
Erfindungsgemäß durchströmt der Flüssigkeitskreislauf sowohl das brennstoffbetriebene Heizungsgerät, den Wärmetauscher als auch den flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor. Dies ist wesentlich, da solcherart die von dem brennstoffbetriebenen Heizungsgerät erzeugte Wärme den Verbrennungsmotor mit erwärmt und solcherart den Start des Motors wesentlich erleichtert. Die Auslegung des Flüssigkeitskreislaufs erfolgt so, dass am Ausgang des Heizungsgeräts die höchste Temperatur des Kreislaufs auftritt und am Ausgang des Wärmetauschers die niedrigste. Die Kühlflüssigkeit mit dem niedrigsten
Temperaturniveau wird daraufhin dem Kühlflüssigkeitseingang des flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors zugeführt. Dabei ist die maximal zulässige Eingangstemperatur in das
Kühlsystem des Verbrennungsmotors zu berücksichtigen.
Typischerweise sind sowohl das brennstoffbetriebene
Heizungsgerät als auch der Verbrennungsmotor mit Pumpen zur Herstellung einer Flüssigkeitsströmung in dem
Flüssigkeitskreislauf ausgestattet. Dadurch entsteht ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung, indem bei Ausfall einer der Pumpen die Flüssigkeitsströmung und somit die Heizwirkung weiter aufrechterhalten werden kann. Dazu sind Kreiselpumpen einzusetzen, da diese bei Stillstand die Strömung nicht blockieren wie beispielsweise Kolbenpumpen.
Das erfindungsgemäße Heizungssystem kann vorteilhafterweise mit einer Steuereinrichtung ausgestattet werden, welche die Abfolge der Schaltungen und Steuerhandlungen an den
Komponenten des Heizungssystems (Verbrennungsmotor,
Heizgerät, Pumpen, Lüfter etc.) automatisch, auf Anforderung des Bedienpersonals vornimmt.
Es ist besonders vorteilhaft, Eingabeeinrichtungen
vorzusehen, mittels welcher alle Schaltungen und
Steuerhandlungen an den Komponenten des Heizungssystems auch manuell ausführbar sind. Solcherart kann eine Bedienung des Heizungssystems auch bei Defekten der Steuereinrichtung oder bei fehlender Energieversorgung erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die
Zuführung des Brennstoffs zu dem Heizgerät und dem
Verbrennungsmotor mittels Schwerkraft. Dazu ist für den
Brennstofftank eine Einbaulage zu wählen, welche oberhalb des Heizgeräts und des Verbrennungsmotors liegt. Dadurch ist der Vorteil erzielbar, die BrennstoffVersorgung auch bei Ausfall einer Treibstoffpumpe aufrechterhalten zu können. Die Inbetriebnahme des Heizungssystems kann in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen und Parametern des Heizungssystems in unterschiedlichen Abfolgen durchgeführt werden.
Normalstart :
1. Elektrischer Start des Verbrennungsmotors
2. Start des Heizgeräts
3. Einschalten des Lüfters (wenn elektrisch betrieben) Start bei extrem niedriger Außentemperatur:
1. Start des Heizgeräts
2. Vorwärmphase bis zur Erreichung einer bestimmten
Temperatur des Verbrennungsmotors
3. Elektrischer Start des Verbrennungsmotors
4. Einschalten des Lüfters (wenn elektrisch betrieben)
Start bei nicht ausreichender Spannungsversorgung:
1. Manueller Start des Verbrennungsmotors mittels
Seilzugstarter
2. Ladephase bis zur Erreichung eines bestimmten
Ladungszustands des Akkumulators
3. Start des Heizgeräts
4. Einschalten des Lüfters (wenn elektrisch betrieben)
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen beispielhaft:
Fig.l Heizungssystem.
Fig.2 Heizungssystem mit Direktantrieb des Lüfters.
Ausführung der Erfindung
Fig.l zeigt beispielhaft und schematisch ein Heizungssystem. Ein Schienenfahrzeug umfasst einen Passagierraum 1, welcher mittels eines Luftstroms 8 beheizbar ist. Das Heizungssystem umfasst ein brennstoffbetriebenes Heizungsgerät 2, welches die von ihm generierte Wärmeenergie an einen
Flüssigkeit skreislauf 4 abgibt. Der Flüssigkeit skreislauf 4 durchströmt einen Wärmetauscher 5, welcher den dem
Passagierraum 1 zugeführten Luftstrom 8 erwärmt. Weiters durchströmt der Flüssigkeit skreislauf 4 das Kühlsystem eines flüssigkeit sgekühlten Verbrennungsmotors 3. Der flüssigkeit sgekühlte Verbrennungsmotor 3 ist zum Antrieb eines Generators 6 eingerichtet, welcher mittels eines
Ladegeräts 13 einen Akkumulator 11 einer Spannungsversorgung 12 lädt. Ein Lüfter 7 mit einem elektrischen Antrieb erzeugt den Luftstrom 8 und wird aus der Spannungsversorgung 12 gespeist. Die Spannungsversorgung 12 versorgt neben dem
Lüfter 7 auch Steuereinrichtungen und Nebenaggregate des brennstoffbetriebenen Heizungsgeräts 2 und weitere
elektrische Einrichtungen des Passagierschienenfahrzeugs, beispielsweise die Beleuchtung. Sowohl das
brennstoffbetriebene Heizungsgerät 2 als auch der
flüssigkeit sgekühlte Verbrennungsmotor 3 werden aus einem Brennstofftank 9 über Brennstoffleitungen 10 mit Brennstoff versorgt .
Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch ein Heizungssystem mit Direktantrieb des Lüfters. Es ist das Ausführungsbeispiel aus Fig.l dargestellt, wobei jedoch der Lüfter 7 unmittelbar durch den flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor 3
angetrieben ist.
Liste der Bezeichnungen
Passagierräum
brennstoff etriebenes Hei zungsgerät flüssigkeitsgekühlter Verbrennungsmotor
Flüssigkeitskreislauf
Wärmetauscher
Generator
Lüfter
Luftström
Brennstofftank
Brennstoffleitung
Akkumulator
SpannungsVersorgung
Ladegerät

Claims

Patentansprüche Heizungssystem für die Beheizung eines Passagierraums
(1) eines Schienenfahrzeugs, umfassend ein
brennstoff etriebenes Heizungsgerät
(2) welches zur
Erwärmung eines Flüssigkeitskreislaufs (4) eingerichtet ist, wobei mittels eines Wärmetauschers (5) die
Wärmeenergie des Flüssigkeitskreislaufs (4) in den
Passagierraum einleitbar ist und einen
flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor
(3),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Flüssigkeitskreislaufs
(4) den
flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (3)
durchströmt .
Heizungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfter (7) einen Luftstrom (8) durch den
Wärmetauscher
(5) bewirkt.
Heizungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (7) unmittelbar durch die vom
flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (3) erzeugte
Kraftwirkung angetrieben ist.
Heizungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Generator (6) von dem flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (3) antreibbar angeordnet ist.
Heizungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator
(6) als Startergenerator ausgeführt ist . Heizungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass eine manuell bedienbare Starteinrichtung zur unmittelbaren Bewegung der
Kurbelwelle des flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (3) vorgesehen ist.
7. Heizungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das brennstoffbetriebene Heizungsgerät (2) und der flüssigkeitsgekühlte
Verbrennungsmotor (3) mit demselben Kraftstoffen betreibbar sind.
Heizungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff zu dem flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (3) und dem brennstoffbetriebenen Heizungsgerät (2) mittels
Schwerkraft zuführbar ist.
Heizungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche die Abfolge der Schaltungen und Steuerhandlungen an den Komponenten des Heizungssystems automatisch vornimmt.
Heizungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass Eingabeeinrichtungen vorgesehen sind, mittels welcher alle Schaltungen und Steuerhandlungen an den Komponenten des Heizungssystems manuell ansteuerbar sind.
EP14752591.9A 2014-08-06 2014-08-06 Heizungssystem Active EP3177501B1 (de)

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WO (1) WO2016019994A1 (de)

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