JPS5950523B2 - エンジンからの廃熱を利用する鉄道車輌用暖房システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 鉄道車輌のエンジンに水冷却装置を設けることは公知で
ある。

また、エンジンの廃熱を他の目的に用いることも行なわ
れてきた。

しかし乍ら１、エンジンからの廃熱を、鉄道車輌の暖房
用に利用する場合に、エンジン冷却液を車輌用の在来の
暖房装置に直接に且つ連続して利用することは望ましく
ない。

何故ならば、エンジンを望ましい稼働温度範囲内に維持
するために、冷却水自体もまた一定範囲の温度を維持す
るよう制御されているのに対して、車室の温度は、季節
９時刻、天候等によって大幅に変化する上に、乗客数、
ドアの開閉の頻度や開放持続時間によって急激に変化す
るからである。

詳述すれば、車室内の温度が所望の予定レベル以下であ
るとき、車室内に配置した温度センサによってエンジン
冷却液番より多く暖房装置内に導入して、車室内に配置
されたラジェータの放熱量を高めることが出来る。

今、かりに、流量調整バルブが全開した状態での流量が
ラジェータの最大流量と一致しているとすると、車室内
の温度が所望の予定レベルを越えたとき、温度センサが
、それを感知して制御手段を介して流量調整バルブを絞
る。

この状態では、ラジェータの最大流量以下の流体がラジ
ェータに供給され、加熱されたエンジン冷却液のラジェ
ータに於ける滞留時間が長くなる。

このとき、若しもラジェータに於けるブロワ−の送風量
が一定であるとすると、ラジェータの近くが必要以上に
加熱されがちであり、その附近の乗客に不快感を与える
。

この問題の解決は流量調整バルブの開か閉かの制御では
不充分であり、絞り込み量の調整や、その作動のタイミ
ングを昇温速度によって決定して行なう必要がある。

従って、その調整は極めて微妙となり費用が嵩む。

また、暖房機に於ける故障がエンジンの稼動に影響を与
える欠点もある。

本発明の目的は、エンジンの廃熱を利用する暖房システ
ムに於て、上述の欠点を排除することである。

本発明に於ては、暖房用の液体を循環させるための一つ
の閉鎖循環ループを、エンジン冷却液の循環ループから
独立して設けている。

この暖房用の循環ループには、その内部を流れる液体か
ら熱エネルギを受は取り、それを車室内に放出するラジ
ェータと、暖房用の液体を該循環ループ内で循環させる
ためのポンプと、エンジン冷却液の循環ループから熱エ
ネルギを受は取り、暖房用の液体に受は渡す熱交換器を
持った第１径路及びそれをバイパスする第２径路を有す
る並列径路部分とを設け、暖房用の液体の流れを上記第
１と第２の径路の一方に選択的に切換えることによって
、暖房用の液体の温度自体を調整することによって、穏
和な温度調整を可能にしている。

この選択的な切換えは、暖房用の液体の流れを第１と第
２の径路の一方に選択的に切換える温度応答手段と、第
１の径路に第１のバルブを、第２の径路に第２のバルブ
を夫々設け、車室内の温度が予定レベル以下であるとき
、第２のバルブが閉じて第１のバルブが開き、車室内の
温度が予定レベルを越えたとき、第１のバルブを閉じて
第２のバルブを開くよう、上記温度応答手段と、第１と
第２のバルブを関連づけることによって行なわれる。

暖房用の閉鎖循環ループを流れる液体の温度自体を調整
することにより、上述の欠点が解決され、しかもそれは
並列径路部分の第１と第２の径路の切換えによって簡単
に行なわれる。

ラジェータ内の液体流量、流速を変化させる必要がない
ので作動が安定であり、しかも暖房循環ループの故障は
、エンジンの稼働に影響を与えない。

また温度調整を穏和に行なうことが出来、概存の暖房シ
ステムに直ちに適用で゛きる。

本発明のその他の目的並びに利点は、本発明による鉄道
車輌に於ける暖房装置を模式的に示している添附図面を
参照して、以下の記述及び上記特許請求の範囲を一続す
ることによって、当該技術の熱達者には明らかとなり、
自ずと思い当ることとなろう。

添附図面を参照すると、この鉄道車輌（図示せず）に於
てはエンジン１０が用いられている。

このエンジンによって熱が発生され、水冷システムによ
ってエンジンは冷却される。

このエンジンが始動されるとき、エンジンの出口１４及
び入口１６の間に接続されたウオーム・アップ・ループ
内に於て短時間の量水は循環される。

このウオーム・アップ・ループはサーモスタット・バル
ブ１８を含んでおり、二つの通路の内の一方にその水を
かじ取りすることができる。

例えばその温度が７７℃（１７０°Ｆ）以下であれば、
このサーモスタット・バルブ１８はその水をライン１２
を含むウオーム・アップ・ループを通過させる。

その温度が７７℃（１７０°Ｆ）に達すると、サーモス
タット・バルブ１８はこのウオーム・アップ・ループ内
の水を閉塞し、それを第二のループ又は循環路内に向け
させる。

ウオーム・アップ・ループ内の水が７７℃（１７０°Ｆ
）に到達した後、その水は熱交換器２０を含んでいる第
二のループを流過する。

この水は、この熱交換器２０から他のサーモスタット・
バルブ２２へ通じている。

このサーモスタット・バルブ２２もまた、この水を、温
度によって決まるその作動状態に依存して一方又は他方
の通路へ向けさせることができる。

この水は、温度が７７℃（１７０’Ｆ）以上７７℃（１
８０°Ｆ）以下の間はサーモスタット・バルブ２２を通
過してライン２４へ至り、エンジン１０の入口１６に戻
る。

この水が例えば、８２℃（１８０°Ｆ）の如き予定され
たより高い温度に到達したとき、このサーモスタット・
バルブ２２は、第二のループ中の水を閉塞して、それを
第三のループに向ける。

実際に、以上に述べたこのシステムは当初のウオーム・
アップ時間の後、熱交換器２０を８２℃（１８０°Ｆ）
に保持することに目的がある。

この温度を越えると、第三のループは、エンジン１０の
ために更なる冷却を与える。

この水温ｌ：！’８２℃（１８０°Ｆ）を越えるとき、
サーモスタット・バルブ２２は、ライン２４を含む第二
のループを流れるのを阻止して、屋根冷却ラジェータ２
６を含んでいる第三のループにこの水を流れさせる。

屋根ラジェータ２６がらの冷却された水は、拡張タンク
２８とライン３０とをも含んでいる第三のループを通っ
て循環され、そしてそれはエンジン１０の入口１６へ戻
る。

点線３２は、様々なラインから空気を抜き取るための手
段を示している。

知られているように、エンジンが始動されるとき、エン
ジン内に空気が屡々とらえられ、或いは冷媒中に送り込
まれるが、該システムに於けるポンプや冷媒が適切に働
くようにするために排出されなけれは゛ならない。

ライン３０を含んでいる第三のループは、第−義的には
エンジンの過熱を防止し、その温度が８２℃（１８０°
Ｆ）を越えたときに更なる冷却を与えるためのものであ
る。

以上述べて来たエンジン冷却液循環ループシステムの全
体の目的は、熱交換器２０於ける温度を８２℃（１８０
°Ｆ）に維持することである。

熱交換器２０の右側に示された、これから述べるシステ
ムは、車輌の内部又はコンパートメントを暖めるための
暖房液循環システムを構成しており、そしてこれはこれ
までに記述した冷却液循環ループ・システムから独立し
た閉鎖循環ループを構成している。

暖房液循環ループは、車室内に配置されていて、加熱さ
れた液体が内部に流過する際に、暖房液の温度に応じて
熱を放散するラジェータ４０゜４２と、上記暖房液循環
ループに液体を循環させるポンプ３４と、第１と第２の
径路とを有する並列径路部分とを有する。

ポンプ３４は、並列径路部分の二つの径路の何れか一方
を介して、暖房液循環ライン中の暖房液を循環させる。

第１の径路はバルブ４４．熱交換器２０を通ってライン
３８に至る。

第２の径路は、バルブ３６を通り、熱交換器２０をバイ
パスしてライン３８に至る。

ポンプ３４から送り出された暖房液は、バルブ４４を通
り、熱交換器２０で熱を受は取り、ライン３８．ライン
３９，４１を径てファン又は他の図示されていない手段
により空気が流過しているラジェータ４０．４２を通り
、そしてポンプ３４へと戻る。

成るいは、ポンプ３４がら送り出された暖房液は、チェ
ック・バルブ３６を通って、熱交換器２０をバイパスし
て、ライン３８．ライン３９．４１を径てラジェータ４
０．４２を通り、そしてポンプ３４へと戻る。

上記ポンプにより上記暖房液循環ループ内を循環させら
れている暖房液の流れを上記第１と第２の並列径路の一
方に選択的に切換える温度応答手段が設けられて、バル
ブ３６と４４との開閉を制御する。

その制御態様は、上記車室内の温度が予定レベル以下で
あるとき、上記第２のバルブが閉じてバルブ４４が開き
、それによって暖房液が第１の径路を流過して、熱交換
器２０を介して熱を受取り、上記車室内の温度が予定レ
ベルを越えたとき、バルブ４４を閉じてチェック：バル
ブ３６を開き、それによって暖房液が上記第２の径路を
流過して熱交換器２０をバイパスする。

これにより、上述の熱交換器２０に於けるエンジン冷却
液の温度の維持と相俟って、暖房温度は極めて正確に制
御可能となる。

しかもラジェータを通過する暖房液自体の温度を制御す
ることによって、車室の温度が制御されるので、バルブ
の制御は簡単となり、また穏和な調整が可能となる。

該システムの動作を検討すると、ポンプ３４は、車輌内
の暖房又は空調の要求に依存してオンか又はオフになる
。

熱電対又はサーミスタ３５は、該システムの高架ダクト
内に配置され得る。

このポンプ３４は、ラジェータ４０及び４２によって空
気を加熱させることにより、車輌を暖房し、或いは空調
中に冷却しすぎた空気を暖ためることが望まれるときに
のみ作動する。

このことは選択された時に熱をそれに循環することによ
り達成される。

車輌の内部のためのこの暖房システムは、サーミスタ等
を含む温度感知機構の如き手段が、ラジェータ４０及び
４２と関連した空気ダクト内に配置されるように設計さ
れている。

この熱電対機構からの出力信号は、様々な温度応答スイ
ッチを含み得る制御ユニットに接続されて、予定温度に
到達したときにポンプ３４とモジュレータ・バルブ４４
を選択的に作動させる。

この熱電対３５は、この空気ダクト （図示せず）内の
温度に応答する。

この温度は、該システム内の熱湯の温度と同じでないこ
とに留意されたい。

このシステムは、様々な異なった温度条件に答えるよう
に設計されている。

サーモスタット・バルブ、モジュレータ・バルブ、ポン
プ及び熱電対の如き、このシステムで用いられた構成部
分の殆んどは、在来のものであり、様々な条件に適応し
て変えられ得る。

熱電対３５は、ラジェータと関連した空気ダクト内の温
度を検出し、制御ユニット３７に信号を与える。

この制御ユニットは、ポンプ３４及びモジュレータ・バ
ルブ４４の如き他の外部装置を作動させるための様々な
温度応答スイッチ及び電源を含む。

この制御ユニツ１−３７内の特定の回路は当該技術の熱
達者に良く知られた様々な形式を取り得る。

この制御ユニットに関する詳細は省略する。

この熱電対３５が例えば約１７℃（６２°Ｆ）乃至１８
℃（６５°Ｆ）の予定温度に到達したときの動作の一例
を挙げれば、この制御ユニツｌ〜は、それに応答してス
イッチを閉じ、ポンプ３４を駆動すべく電力を与え、モ
ジュレータ・バルブ４４を開く。

そこで水はポンプ３４から第１の径路、即ちバルブ４４
を通り、熱交換器２０を通り、加熱コイル４０及び４２
を通って循環する。

チェック・バルブ３６は、スプリング負荷されたバルブ
で゛あり、バルブ４４が開かれたとき、熱交換器２０を
通る第１の径路よりも僅かに高い抵抗を持つように設定
されている。

従って、ポンプが動作し続はモジュレータ・バルブ４４
か開いている間は、水はこの通路を通って流れる。

バルブ４４は、温度が例えば２２℃（７２下）と２３℃
（７４°Ｆ）の間の予定温度以下である間は開いたま・
に留まる。

該ダクトの温度が２３℃（７４°Ｆ）を越えたとき、バ
ルブ４４は閉止する。

バルブ４４が閉じたとき、ポンプ３４からの水は熱交換
器２０を通過するのを妨げられ、スプリング負荷を克服
してバルブ３６を通過し、第２の径路を通って暖房液が
循環する。

バルブ４４は周期的にオン・オフするように設計される
ことができ、実際に空気ダクト温度に依存して、例えば
総時間の３０乃至７０％の如き総時間に対する予定の比
率でオンとなるよう流量を変調する。

例えば、低温に於ては、バルブ４４は高温に於けるより
も、より長い時間、開かれた状態に留まる。

斯くてバルブ４４は、ダクト温度が２２℃（７２℃）に
到達したときに閉じ、温度が低下したとき開く。

前述の如く、それはダクト温度に従って周期的な間隔で
開閉するよう制御され得る。

制御ユニツｌ〜３７に信号を供給するため、サーミスタ
を含む手段が含まれ得る。

このサーミスタは温度レベルに応答して電圧信号を発生
するのに用いられ得る。

この制御ユニット３７には、例えば、モジュレータ・バ
ルブ４４を１５秒毎にオン・オフに転するための手段が
含まれ得る。

このモジュレータ・バルブが毎回オンに留まる時間長さ
は、サーミスタによって発生された電圧レベルによって
表示された温度レベルに依存する。

このモジュレータ・バルブは低温に関してより長く、高
温に関してより短かくなされ得る。

システム設計に依存して、様々な他の手段が、モジュレ
ータ・バルブ４４の動作を制御するのに用いられ得る。

一つの暖房システムが鉄道車輌に於ける特定の適用例で
記述されて来たが、補助的的な動力エンジンが用いられ
るときは、エンジン冷却液システムが用いられているバ
ス等の他の車輌に関して本発明が適用され得る、また水
以外の他の冷媒が、このシステムで用いられ得ることも
明らかで゛ある。

【図面の簡単な説明】

添附図面は、本発明に係るエンジンからの廃熱を利用す
る鉄道車輌用暖房システムの模式図である。 符号の説明、１０：エンジン、１４：出口、１６：入口
、１８：サーモスタツＩ・・バルブ、２０：熱交換器、
２２：サーモスタット・バルブ、２４ニライン、２６：
屋根ラジェータ、２８：拡張タンク、３０ニライン、３
２：点線、３４：ポンプ、３５：サーミスタ、３６：チ
ェック・バルブ、３７：制御ユニット、３８・３９ニラ
イン、４０：ラジェータ、４１ニライン、４２：ラジェ
ータ、４４：モジュレータ・バルブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱を発生するエンジンと、熱交換器を含んでおり、
   上記エンジンを冷却するための冷却液循環ループとに組
   合わせて用いられる車輌用暖房システムに於て、 （ａ） 車室を暖房するための液体を循環させる暖房
   液循環ループを上記冷却液循環ループと独立して設け、 （１）） 上記暖房液循環ループには、車室内に配置
   されていて、加熱された液体が内部を流過する際に、暖
   房液の温度に応じて熱を放散するラジェータと、上記暖
   房液循環ループに液体を循環させるポンプと、第１と第
   ２の径路とを有する並列径路部分とを設け、 （Ｃ）上記第１の径路は上記熱交換器を介して熱を受は
   取るよう熱交換器に接続され、 （ｄ） 上記第２の径路は、上記熱交換器をバイパス
   しており、 （ｅ） 上記ポンプにより上記暖房液循環ループ内を
   循環させられている暖房液の流れを上記第１と第２並列
   径路の一方に選択的に切換える温度応答手段と、上記第
   １の径路内に設けられた第１のバルブと、上記第２の径
   路内に設けられた第２のバルブとを有する切換え手段を
   設け、（ｆ） 上記温度応答手段は、上記第１と第２
   のバルブを操作するよう関連づけられており、その態様
   は、上記車室内の温度が予定レベル以下であるとき、上
   記第２のバルブが閉じて上記第１のバルブが開き、それ
   によって暖房液が上記第１の径路を流過して上記熱交換
   器を介して熱を受は取り、上記車室内の温度が予定レベ
   ルを越えたとき、上記第１のバルブを閉じて上記第２の
   バルブを開き、それによって暖房液が上記第２の径路を
   流過して上記熱交換器をバイパスするようになっている
   、 エンジンからの廃熱を利用する鉄道車輌用暖房システム
   。 ２ 上記温度応答手段は上記車室内の温度を検出するよ
   う配置された温度検知手段と、上記温度検知手段に結合
   された制御手段とを有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の暖房システム。 ３ 上記温度検知手段によって検出された車室内の温度
   が予定ベル以下であるとき第１のバルブが上記制御手段
   に応答して開き、上記温度が予定レベルを越えたとき閉
   じることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の暖房
   システム。 ４ 上記第１のバルブが上記第１の径路に於て、上記熱
   交換器の上流位置に配置されており、上記第２のバルブ
   は常態的に閉位置に偏倚されており、上記第２のバルブ
   の上流位置に於ける液圧が予定レベルを越えたときは開
   くよう動作可能であり、 それによって、上記車室内の温度が上記予定しベルを越
   えたとき上記第１のバルブを閉じさせ、上記第２のバル
   ブの上流位置の液圧を上昇させ、上記第２のバルブを開
   かせて暖房液を上記第２の径路内に流過させ、上記熱交
   換器をバイパスさせる、 特許請求の範囲第３項記載の暖房システム。