WO2017153086A1

WO2017153086A1 - Klimakanal für ein schienenfahrzeug, mit heizelement

Info

Publication number: WO2017153086A1
Application number: PCT/EP2017/051608
Authority: WO
Inventors: Irfan KASAP
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2017-09-14
Also published as: EP3390193A1; EP3390193B1; DE102016002347A1; CN209492536U; RU189738U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Klimakanal (1) für ein Schienenfahrzeug, mit einem im Inneren des Klimakanals (1) zentral angeordneten Heizelement (2), das sich über einen Längenabschnitt des Klimakanals (1) erstreckt, wobei in einem Raum zwischen einem dem Heizelement (2) benachbarten Innenflächen längsabschnitt des Klimakanals (1) und dem Heizelement (2) eine Anordnung von Umlenkblechen (6) vorgesehen ist, wobei jedes Umlenkblech (6) unter Berücksichtigung einer für den Klimakanal (1) vorgegebenen Strömungsrichtung (S) zu einem dazu stromaufwärts gelegenen, angrenzenden Teil des Innenflä- chenlängsabschnitts (L) des Klimakanals (1) in einem stumpfen Winkel steht.

Description

Beschreibung

Klimakanal für ein Schienenfahrzeug, mit Heizelement Die Erfindung bezieht sich auf einen Klimakanal für ein

Schienenfahrzeug, mit einem im Inneren des Klimakanals zent^¬ ral angeordneten Heizelement, das sich über einen Längenab^¬ schnitt des Klimakanals erstreckt. Eine Klimatisierung von Schienenfahrzeugen erfolgt jeweils nach einschlägigen Normen des Nah-, Regional- und Fernverkehrs. Diese Normen legen insbesondere auch Temperaturgrenzen und/oder -differenzen fest, die für die Fahrgäste einen bestimmten Komfort oder eine gewünschte Behaglichkeit im Fahr- gastraum bewirken sollen.

Bei insbesondere sehr langen Klimakanälen im Schienenfahrzeug kommt es vor, dass an einer bestimmten Austrittsstelle für die konditionierte Luft, beispielsweise im Bereich der Ein- stiege eines Schienenfahrzeugs, ohne weitere Maßnahmen die von den Normen vorgegebenen Werte nicht eingehalten werden können. Insbesondere eine schlechte Isolierung der Türen im Bereich der Einstiege sowie große Türöffnungszyklen bewirken einen erheblichen Temperaturabfall im Bereich der Einstiege.

Um beispielsweise dies auszugleichen, werden Klimakanäle der eingangs genannten Art eingesetzt, die mit einem als Nachhei^¬ zer wirkenden Heizelement ausgestattet sind. Von großer Be^¬ deutung sind bei der Auslegung der Nachheizer eine möglichst gleichmäßige Temperaturschichtung in der Kanalausblasung sowie möglichst niedrige Heizwendeltemperaturen und Druckverluste. Gleichzeitig ist die Ausbildung sog. „HotSpots" im Klimakanal zu vermeiden. Im Bereich dieser „HotSpots" (Wärme^¬ stau) zirkuliert die Strömung der von dem Klimakanal geführ- ten Luft und wird durch das Heizelement noch heißer. Darüber hinaus erzeugt dies eine Reduktion des freien Querschnitts des Klimakanals, so dass die unerwünschten Druckverluste an^¬ steigen . Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Klimakanal für ein Schienenfahrzeug anzugeben, der sich durch möglichst gleichmäßige Temperaturschichtung und geringe Druckverluste über das Heizelement auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei dem Klimakanal der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in einem Raum zwischen einem dem Heizelement benachbarten Innenflächenlängsabschnitt des Kli^¬ makanals und dem Heizelement eine Anordnung von Umlenkblechen vorgesehen ist, wobei jedes Umlenkblech unter Berücksichti^¬ gung einer für den Klimakanal vorgegebenen Strömungsrichtung zu einem dazu stromaufwärts gelegenen, angrenzenden Teil des Innenflächenlängsabschnitts des Klimakanals in einem stumpfen Winkel steht.

Die gewählte Anordnung für die Umlenkbleche gewährleistet, wie von den Erfindern vorgenommene Versuche gezeigt haben, eine recht gleichmäßige Temperaturschichtung in der

Kanalausblasung, geringe Druckverluste über das Heizelement und auch niedrige Temperaturen des Heizelements.

Auch die Ausbildung sog. „HotSpots" wird wirksam vermindert, so dass insbesondere im Bereich der Umlenkbleche und des Heizelements die Strömung nicht nennenswert zirkuliert. Dem^¬ entsprechend sind die Druckverluste über das Heizelement eher gering .

Bevorzugt kann der Klimakanal einen rechtwinkeligen Querschnitt aufweisen, wobei dann die Umlenkbleche auf zwei ge^¬ genüberliegende Innenflächenabschnitte des Klimakanals ver^¬ teilt sind. Beispielsweise liegen an gegenüberliegenden Innenflächenabschnitten des Klimakanals jeweils zwei Umlenkble^¬ che. Bei Bedarf können auch die weiteren, dem Heizelement benachbarte Innenflächenabschnitte ebenfalls mit Umlenkblechen ausgestattet sein. Die Umlenkbleche sind bevorzugt abwechselnd an einander ge^¬ genüberliegenden Innenflächenabschnitten des Klimakanals angeordnet. Hierdurch wird der lichte Querschnitt nur um ca. den Teil eines Umlenkblechs verkleinert und nicht um zwei Um- lenkbleche. Dies führt dazu, dass die Druckverluste geringer sind .

Es ist von Vorteil, wenn die Umlenkbleche an dem einen Innen^¬ flächenabschnitt des Klimakanals gegenüber den Umlenkblechen an dem anderen Innenflächenabschnitt des Klimakanals versetzt angeordnet sind, und zwar in Längsrichtung des Klimakanals gesehen, bei dem es sich typischer Weise um ein gerades, langgestrecktes Bauteil handelt. Die Umlenkbleche können an den gegenüberliegenden Innenflächenabschnitten des Klimakanals in gleichen Abständen zueinander angeordnet sein.

Es ist bevorzugt, wenn der Klimakanal als Gehäuse für das Heizelement ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform wird das Gehäuse des Heizelements in Längsrichtung des Klimakanals an angrenzende Komponenten einer Klimakanalanordnung angeschlossen. Alternativ wäre es auch möglich, dass ein Klimakanalabschnitt mit einem zu öffnenden Deckel versehen ist, durch den das Heizelement in seine zentrale Position im Inne^¬ ren des Klimakanals einsetzbar ist.

Die Umlenkbleche sind bevorzugt an den Innenflächenabschnit^¬ ten des Klimakanals befestigt, beispielsweise per Schraubver- bindung. In dieser Weise ergibt sich eine einfache Anbringung der Umlenkbleche.

Das Heizelement kann als sich über den Innenflächenlängsab- schnitt erstreckende Heizschlange ausgebildet sein. Dabei ist es für einen günstigen Strömungsfluss bevorzugt, wenn eine Wicklung der Heizschlange um eine Querachse des Klimakanals herum angeordnet ist. Durch Ablösung der Strömung an der Umlenkkante wird Turbulenz erzeugt, die für die Wärmeübertra- gung von Vorteil ist. Die Turbulenz behaftete Strömung umströmt dann die Heizschlange.

Bevorzugt liegt der stumpfe Winkel zwischen den Umlenkblechen und den dazu stromaufwärts gelegenen, angrenzenden Teilen des Innenflächenlängsabschnitts in einem Bereich zwischen 125° und 165°, bevorzugt 140° bis 150°. Die Einhaltung dieser Win^¬ kelmaße bewirkt, dass die Umlenkbleche gleichzeitig einen ge^¬ ringen Druckverlust, jedoch eine hohe Turbulenz bewirken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Es zei^¬ gen : Figur 1 eine perspektivische, längsgeschnittene Ansicht ei^¬ nes Klimakanals und

Figur 2 eine weitere perspektivische Ansicht des Klimaka^¬ nals von Figur 1.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, umfasst eine Klimakanalanordnung, die beispielsweise in einem Schienenfahrzeug eingesetzt ist, einen einzelnen geraden und langgestreckt ausgebildeten Klimakanal 1, der mit seiner Vorder- und Rückseite jeweils an angrenzende Klimakanäle angeschlossen ist, so dass von einem Kompaktklimagerät stammende, konditionierte Luft in Längs^¬ richtung des Klimakanals 1 transportierbar ist. In der Darstellung von Figur 1 erfolgt die Luftströmung von links nach rechts, veranschaulicht durch die Strömungsrichtung S. Der Klimakanal 1 ist in seinem Inneren mit einem elektrisch betriebenen Heizelement 2 ausgestattet, das in Form einer Heiz^¬ schlange vorliegt, die sich über einen Innenflächenlängenab- schnitt L des Klimakanals 1 erstreckt. Wie besonders deutlich aus Figur 2 hervorgeht, ist das Heiz^¬ element 2 mit seinen beiden Enden an einer Halteplatte 3 be^¬ festigt, welche wiederum an einer Innenseite des Innenflä- chenlängsabschnitts L angebracht ist. Das Heizelement 2 ist im Inneren des Klimakanals 1 zentral angeordnet, so dass insbesondere zwei einander gegenüberlie^¬ gende Innenflächenabschnitte 4, 5 in einem Abstand zu den zu- geordneten Außenflächen des Heizelements 1 stehen. Dabei sind die Innenflächenabschnitte 4, 5 so gewählt, dass sie an ande^¬ ren Innenseiten des Klimakanals 1 liegen als das Halteblech 3. Die das Heizelement 1 bildende Heizschlange ist um eine Quer^¬ achse des Klimakanals 1 angeordnet, die senkrecht auf dem Halteblech 3 steht. Für eine wirksame Nachheizung von Luft sind die beiden gegenüberliegenden Innenflächenabschnitte 4, 5 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit jeweils zwei in ei- nem Abstand zueinander liegenden Umlenkblechen 5 ausgestattet, die zu der Strömungsrichtung S bzw. stromaufwärts gele^¬ genen Teilen der Innenflächenabschnitte 4, 5 in einem stumpfen Winkel stehen. Ein Winkel von 145° hat sich in Berechnungen als Optimum erwiesen. Ein zu großer Winkel erzeugt zwar wenig Druckverlust, trägt aber dafür zu geringer Turbulenz bei. Ein zu kleiner Winkel führt wiederum zu großem Druckverlust, dafür aber höherer Turbulenz. Die Umlenkbleche 6 nutzen einen Bauraum zwischen den Innenflächen 4, 5 und den zugeordneten Außenflächen des Heizelements 1.

Die Umlenkbleche 6, die dem Innenflächenabschnitt 4 zugeord^¬ net sind, sind gegenüber den Umlenkblechen 6 des Innenflä^¬ chenabschnitts 5 versetzt angeordnet. Anders ausgedrückt, sind die Umlenkbleche 6 der Innenflächenabschnitte 4, 5 ab- wechselnd an dem einen Innenflächenabschnitt 4 und an dem an^¬ deren Innenflächenabschnitt 5 vorgesehen.

Der Klimakanal 1 hat einen allgemein rechtwinkeligen Querschnitt, wobei das Halteblech 3 an einer der vier Innenseiten des Klimakanals angeordnet ist, während die rechteckigen In^¬ nenflächenabschnitte 4, 5 mit den Umlenkblechen 6 senkrecht zu dem Halteblech 3 liegen. Der anhand der Figuren 1 und 2 erläuterte Klimakanal 1 ist hinsichtlich einer Längsabmessung an die Länge des Heizelements 2 angepasst, so dass er im vorliegenden Anwendungsfall auch als Gehäuse für das Heizelement 3 bezeichnet werden kann .

CFD-Berechungen (nummerische Strömungssimulation) haben gezeigt, dass die vorgesehene Ausbildung des Klimakanals 1 zu einer Nachheizwirkung für konditionierte Luft führt, bei der ohne nennenswerten Wärmestau eine erwünschte gleichmäßige Temperaturschichtung bewirkt wird und ein Druckverlust über das Heizelement 2 vergleichsweise gering ist.

Claims

Patentansprüche

1. Klimakanal (1) für ein Schienenfahrzeug, mit einem im In^¬ neren des Klimakanals (1) zentral angeordneten Heizelement (2), das sich über einen Längenabschnitt des Klimakanals (1) erstreckt,

dadurch gekennzeichnet, dass

in einem Raum zwischen einem dem Heizelement (2) benachbarten Innenflächenlängsabschnitt des Klimakanals (1) und dem Heiz- element (2) eine Anordnung von Umlenkblechen (6) vorgesehen ist, wobei jedes Umlenkblech (6) unter Berücksichtigung einer für den Klimakanal (1) vorgegebenen Strömungsrichtung (S) zu einem dazu stromaufwärts gelegenen, angrenzenden Teil des Innenflächenlängsabschnitts (L) des Klimakanals (1) in einem stumpfen Winkel steht.

2. Klimakanal (1) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

er einen rechtwinkeligen Querschnitt aufweist, und die Um- lenkbleche (6) auf zwei gegenüberliegenden Innenflächenab^¬ schnitten (4, 5) des Klimakanals (1) gleich verteilt sind.

3. Klimakanal (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Umlenkbleche (6) abwechselnd an einander gegenüberliegen^¬ den Innenflächenabschnitten (4, 5) des Klimakanals (1) angeordnet sind.

4. Klimakanal (1) nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Umlenkbleche (6) an dem einen Innenflächenabschnitt (4, 5) des Klimakanals (1) gegenüber den Umlenkblechen (6) an dem anderen Innenflächenabschnitt (4, 5) des Klimakanals (1) ver^¬ setzt angeordnet sind.

5. Klimakanal (1) nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Umlenkbleche (6) an den gegenüberliegenden Innenflächenabschnitten (4, 5) des Klimakanals (1) in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.

6. Klimakanal (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5

dadurch gekennzeichnet, dass

er als Gehäuse für das Heizelement (2) ausgebildet ist.

7. Klimakanal (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Umlenkbleche (6) an den Innenflächenabschnitten (4, 5) des Klimakanals (1) befestigt sind.

8. Klimakanal (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Heizelement (2) als sich über den Innenflächenlängsab- schnitt (L) erstreckende Heizschlange ausgebildet ist.

9. Klimakanal (1) nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Wicklung der Heizschlange um eine Querachse des Klimaka^¬ nals (1) herum angeordnet ist.

10. Klimakanal (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

der stumpfe Winkel zwischen jedem Umlenkblech (6) und dem dazu stromaufwärts gelegenen, angrenzenden Teil des Innenflä- chenlängsabschnitts (L) des Klimakanals (1) in einem Bereich von 125° bis 165°, bevorzugt zwischen 135° und 155°, liegt.