EP2942256A1

EP2942256A1 - Vorrichtung zum Beheizen des Fahrgastraumes und/oder Fahrstandes von Schienenfahrzeugen

Info

Publication number: EP2942256A1
Application number: EP15450011.0A
Authority: EP
Inventors: Matthias Weiss
Original assignee: Vossloh Kiepe GmbH Austria
Current assignee: Kiepe Electric GmbH Austria
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2015-11-11
Also published as: US20150323227A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Beheizen des Fahrgästraumes und/oder Fahrstandes von Schienenfahrzeugen weist ein Heizgerät (2) auf, das von Zuluft durchströmt wird, die von einem Ventilator (6) gefördert wird. Im Zuluftstrom ist ein an den Kühlkreislauf mindestens eines Motors (5) angeschlossener Kühlwasser-Wärmetauscher (4) angeordnet. Dadurch kann die Abwärme des Schienenfahrzeuges genutzt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beheizen des Fahrgastraumes und/oder Fahrstandes von Schienenfahrzeugen mit einem Heizgerät, das von Zuluft durchströmt wird, die von einem Ventilator gefördert wird.
Ziel vorliegender Erfindung ist es, die entstehende Abwärme für die Beheizung des Fahrgastraumes und/oder Fahrstandes von Schienenfahrzeugen zu nutzen.
Erreicht wird dies dadurch, dass im Zuluftstrom ein an den Kühlkreislauf mindestens eines Motors angeschlossener Kühlwasser-Wärmetauscher angeordnet ist.
Der Kühlwasser-Wärmetauscher arbeitet unabhängig vom Kältemittel-Kreislauf des Heizgerätes und liefert zusätzlich oder auch nur alleine Wärme zum Beheizen des Fahrgastraumes und/oder Fahrstandes. Für den Transport der erwärmten Luft in das Fahrzeug ist der Zuluftventilator des Heizgerätes verantwortlich.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist das Heizgerät der Kondensator einer Wärmepumpe.
Zweckmäßig ist der Kühlwasser-Wärmetauscher im Zuluftstrom vor dem Kondensator angeordnet. Steht zu wenig Motorabwärme zur Verfügung, wird die Wärmepumpe zusätzlich in Betrieb genommen, um die vom Kühlwasser-Wärmetauscher vorgewärmte Luft durch den Kondensator der Wärmepumpe auf die gewünschte Temperatur zu bringen.
Im Rahmen der Erfindung ist es zusätzlich möglich, dass der Verdampfer der Wärmepumpe über eine Luftleitung mit der Abwärme aus Bauteilen des Schienenfahrzeuges und/oder dessen Fortluft beaufschlagt ist. Dabei wird die Abwärme nicht gleich auf den Zuluftstrom übertragen. Vielmehr wird die Abwärme, die über Luft als Trägermedium transportiert wird, zum Verdampfer der Wärmepumpe geleitet und dort die Wärmeenergie zunächst auf den Kältekreislauf der Wärmepumpe übertragen. Dadurch wird das Temperaturniveau der Wärmepumpe noch erhöht.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass das Heizgerät ein elektrisches Heizregister ist.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele, auf welche die Erfindung jedoch keineswegs beschränkt ist, näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer erfindurigsgemäßen Vorrichtung mit einem an den Kühlkreislauf zweier Motoren angeschlossenem Kühlwasser-Wärmetauscher;
Fig. 2 eine Vorrichtung nach Fig. 1 mit zusätzlich an den Verdampfer der Wärmepumpe angeschlossener Luftleitung, mit der Abwärme aus dem Schienenfahrzeug transportiert wird.

Gemäß beiden Ausführungsbeispielen ist eine Wärmepumpe 1 angeordnet. Deren Verdichter 8 komprimiert das gasförmige Kältemittel, das nun unter hohem Druck zum Kondensator (Innenwärmetauscher) 2 strömt.
Im Kondensator 2 gibt das Kältemittel Wärme an die Raumluft ab und wird dadurch verflüssigt. Der Ventilator 6 fördert die erwärmte Zuluft in den Fahrgastraum.
Im flüssigen und weiter unter hohem Druck stehenden Zustand fließt das Kältemittel zum Expansionsventil 10. Dieses senkt den Druck schlagartig ab, was nicht nur ein Abkühlen des Kältemittels zur Folge hat, es beginnt außerdem zu verdampfen. Im Verdampfer (Außenwärmetauscher) 3 nimmt das Kältemittel Wärme aus der Umgebungsluft auf, bis es vollständig verdampft ist. Der Ventilator 7 fördert Luft durch den Verdampfer 3.
Die Abwärme wird durch Integration eines separaten Kühlwasser-Wärmetauschers 4, der unabhängig vom Kreislauf der Wärmepumpe 1 funktioniert, genutzt. Der zusätzliche Kühlwasser-Wärmetauscher 4 ist an den Kühlkreislauf einer oder wie im Beispiel mehrerer Motoren 5 angeschlossen. Als Energieträger in diesem Kreislauf kommen gängige Motor-Kühlflüssigkeiten zum Einsatz.
Durch den Ventilator 6 wird kalte Frisch- oder kühle Mischluft angesaugt und durch beide Wärmetauscher 2 und 4 gedrückt. Steht genügend Motorabwärme zur Verfügung, kann die Luft direkt über den Kühlwasser-Wärmetauscher 4 erwärmt und in den Fahrgastraum geblasen werden. Die Wärmepumpe 1 und damit der Innenwärmetauscher 2 (Kondensator) bleiben ausgeschaltet und somit funktionslos. Der Kühlwasser-Wärmetauscher 4 wird im Zuluftstrom vor dem Kondensator 2 angeordnet. Steht nämlich zu wenig Motorabwärme zur Verfügung wird die Wärmepumpe 1 zusätzlich in Betrieb genommen, um die vom Kühlwasser-Wärmetauscher 4 vorgewärmte Luft durch den Kondensator 2 auf die gewünschte Temperatur zu bringen.
Steht gar keine Motorabwärme zur Verfügung, übernimmt die Wärmepumpe 1 über den Kondensator 2 alleine die Heizung der Zuluft, der Kühlwasser-Wärmetauscher 4 bleibt funktionslos.
Zusätzlich kann der Kühlwasser-Wärmetauscher 4 bei Umkehr der Betriebsart der Wärmepumpe auf Klimaanlage auch als Vereisungsschutz für den Innenwärmetauscher (=Verdampfer im Klimaanlagenbetrieb) 2 genutzt werden. Dadurch kann von einem Einsatz eines energieintensiven Bypasses als Vereisungsschutz abgesehen werden.
Die Regelung aller Vorgänge erfolgt über die Steuerung 9.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die Abwärme 12, die über Luft als Trägermedium transportiert wird, zum Verdampfer 3 der Wärmepumpe 1 geleitet. Dort wird die Wärmeenergie zunächst auf den Kreislauf der Wärmepumpe 1 übertragen, wodurch das Temperaturniveau noch erhöht wird.
Die Abwärme kann hiebei von beliebig vielen Geräten/Bauteilen (Traktionsumrichter, Hilfbetriebsumrichter, Bremswiderstand) verwendet werden. Neben vorhandenen Abwärmen kann auch die warme Fortluft 11 aus dem Fahrzeug verwendet werden und deren Wärmeenergie rekuperiert werden. Es ist auch eine Kombination aus beiden Quellen möglich.
Ist die Wärmepumpe 1 umschaltbar auf einen Klimaanlagenbetrieb, so müssen die Luftkanäle, welche die Abwärme zum Außenwärmetauscher (=Verdampfer im Wärmepumpenbetrieb) 3 führen, mit Klappen 13 versehen sein, damit im Klimaanlagenbetrieb die Abwärme nicht zum Außenwärmetauscher (=Kondensator im Klimaanlagenbetrieb) 3 gelangt.
Abhängig von der Wärmemenge, die der Wärmepumpe zusätzlich zugeführt werden kann, kann auch der energieintensive Vereisungsschutz bei tiefen Umgebungstemperaturen übergangen bzw. stark reduziert werden.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abänderungen möglich. So könnte, wie eingangs schon ausgeführt, statt der Wärmepumpe 1 bzw. deren Kondensator 2 ein elektrisches Heizregister angeordnet werden.

Claims

Vorrichtung zum Beheizen des Fahrgastraumes und/oder Fahrstandes von Schienenfahrzeugen, mit einem Heizgerät (2), das von Zuluft durchströmt wird, die von einem Ventilator (6) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuluftstrom ein an den Kühlkreislauf mindestens eines Motors (5) angeschlossener Kühlwasser-Wärmetauscher (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät der Kondensator (2) eine Wärmepumpe (1) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlwasser-Wärmetauscher (4) im Zuluftstrom vor dem Kondensator (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (3) der Wärmepumpe (1) über eine Luftleitung mit der Abwärme (12) aus Bauteilen des Schienenfahrzeuges und/oder dessen Fortluft (11) beaufschlagt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät ein elektrisches Heizregister ist.