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EP3390193B1 - Klimakanal für ein schienenfahrzeug, mit heizelement - Google Patents

Klimakanal für ein schienenfahrzeug, mit heizelement Download PDF

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Publication number
EP3390193B1
EP3390193B1 EP17702809.9A EP17702809A EP3390193B1 EP 3390193 B1 EP3390193 B1 EP 3390193B1 EP 17702809 A EP17702809 A EP 17702809A EP 3390193 B1 EP3390193 B1 EP 3390193B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air conditioning
conditioning duct
inner face
heating element
deflection
Prior art date
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Active
Application number
EP17702809.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3390193A1 (de
Inventor
Irfan KASAP
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP3390193A1 publication Critical patent/EP3390193A1/de
Application granted granted Critical
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Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61DBODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D27/00Heating, cooling, ventilating, or air-conditioning
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61DBODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D27/00Heating, cooling, ventilating, or air-conditioning
    • B61D27/0036Means for heating only
    • B61D27/0045Electric heating

Definitions

  • the invention relates to an air-conditioning duct for a rail vehicle, with a heating element arranged centrally in the interior of the air-conditioning duct, which extends over a longitudinal section of the air-conditioning duct.
  • a climate channel is from, for example DE 10 2014 215682 B3 known.
  • Air conditioning of rail vehicles is carried out in accordance with the relevant standards for local, regional and long-distance transport.
  • these standards also specify temperature limits and / or differences which are intended to bring about a certain level of comfort or a desired comfort in the passenger compartment for the passengers.
  • air conditioning ducts of the type mentioned at the outset are used which are equipped with a heating element which acts as a post-heater.
  • a heating element which acts as a post-heater.
  • the formation of so-called "HotSpots" in the climate channel must be avoided.
  • the flow of the air led by the climatic duct circulates and is by the Heating element even hotter.
  • this creates a reduction in the free cross section of the air conditioning duct, so that the undesirable pressure losses increase.
  • the object of the invention is to provide an air-conditioning duct for a rail vehicle which is characterized by temperature stratification which is as uniform as possible and low pressure losses via the heating element.
  • baffles ensures, as tests carried out by the inventors have shown, a fairly uniform temperature stratification in the duct blowout, low pressure losses across the heating element and also low temperatures of the heating element.
  • the air conditioning duct can preferably have a rectangular cross section, in which case the deflection plates are distributed over two opposite inner surface sections of the air conditioning duct.
  • the deflection plates are distributed over two opposite inner surface sections of the air conditioning duct.
  • two baffle plates are located on opposite inner surface sections of the air conditioning duct.
  • the further inner surface sections adjacent to the heating element can also be equipped with deflection plates.
  • the baffle plates are preferably arranged alternately on mutually opposite inner surface sections of the air conditioning duct. As a result, the clear cross section is only reduced by approximately the part of a deflection plate and not by two deflection plates. This means that the pressure losses are lower.
  • the deflection plates on one inner surface section of the air conditioning duct are arranged offset with respect to the deflection plates on the other inner surface section of the air conditioning duct, specifically in the longitudinal direction of the air duct, which is typically a straight, elongated component.
  • the baffle plates can be arranged on the opposite inner surface sections of the air conditioning duct at equal distances from one another.
  • the air conditioning duct is designed as a housing for the heating element.
  • the housing of the heating element is connected in the longitudinal direction of the air conditioning duct to adjacent components of an air conditioning duct arrangement.
  • an air conditioning duct section it would also be possible for an air conditioning duct section to be provided with a cover which can be opened and through which the heating element can be inserted into its central position inside the air conditioning duct.
  • the baffle plates are preferably fastened to the inner surface sections of the air conditioning duct, for example by means of a screw connection. In this way, the baffles are easily attached.
  • the heating element can be designed as a heating coil extending over the inner surface longitudinal section. It is preferred for a favorable flow of flow if a winding of the heating coil is arranged around a transverse axis of the air conditioning duct. By detaching the flow at the deflection edge, turbulence is generated, which is used for heat transfer is an advantage. The turbulent flow then flows around the heating coil.
  • the obtuse angle between the deflection plates and the upstream adjacent parts of the inner surface longitudinal section is preferably in a range between 125 ° and 165 °, preferably 140 ° to 150 °. Compliance with these angular dimensions means that the baffle plates at the same time cause a low pressure drop but high turbulence.
  • an air conditioning duct arrangement which is used, for example, in a rail vehicle, comprises a single straight and elongated air conditioning duct 1, which is connected with its front and rear side to adjacent air conditioning ducts, so that conditioned air originating from a compact air conditioning unit in the longitudinal direction of the air conditioning duct 1 is transportable.
  • the air flow takes place from left to right, illustrated by the flow direction S.
  • the inside of the air-conditioning duct 1 is equipped with an electrically operated heating element 2, which is in the form of a heating coil which extends over an inner surface length section L of the air-conditioning duct 1.
  • the heating element 2 is attached with its two ends to a holding plate 3, which in turn is attached to an inside of the inner surface longitudinal section L.
  • the heating element 2 is arranged centrally in the interior of the air conditioning duct 1, so that in particular two mutually opposite inner surface sections 4, 5 are at a distance from the assigned outer surfaces of the heating element 1.
  • the inner surface sections 4, 5 are selected such that they lie on different inner sides of the air conditioning duct 1 than the holding plate 3.
  • the heating coil forming the heating element 1 is arranged about a transverse axis of the air conditioning duct 1, which is perpendicular to the holding plate 3.
  • the two opposite inner surface sections 4, 5 in the present exemplary embodiment are each equipped with two baffles 5 which are at a distance from one another and which are at an obtuse angle to the flow direction S or upstream parts of the inner surface sections 4, 5.
  • An angle of 145 ° has proven to be the optimum in calculations. Too large an angle creates little pressure loss, but contributes to less turbulence. An angle that is too small in turn leads to a large pressure loss, but higher turbulence.
  • the baffles 6 use a space between the inner surfaces 4, 5 and the associated outer surfaces of the heating element 1.
  • the deflection plates 6, which are assigned to the inner surface section 4, are arranged offset with respect to the deflection plates 6 of the inner surface section 5.
  • the deflection plates 6 of the inner surface sections 4, 5 are provided alternately on the one inner surface section 4 and on the other inner surface section 5.
  • the air conditioning duct 1 has a generally rectangular cross section, the holding plate 3 being arranged on one of the four inner sides of the air conditioning duct, while the rectangular inner surface sections 4, 5 with the deflection plates 6 are perpendicular to the holding plate 3.
  • the air-conditioning duct 1 explained is adapted to the length of the heating element 2 with respect to a longitudinal dimension, so that in the present application it can also be referred to as a housing for the heating element 3.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Klimakanal für ein Schienenfahrzeug, mit einem im Inneren des Klimakanals zentral angeordneten Heizelement, das sich über einen Längenabschnitt des Klimakanals erstreckt. Ein solcher Klimakanal ist beispielsweise aus der DE 10 2014 215682 B3 bekannt.
  • 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 Fahrgastraum 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 Einstiege 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 Nachheizer wirkenden Heizelement ausgestattet sind. Von großer Bedeutung 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" (Wärmestau) zirkuliert die Strömung der von dem Klimakanal geführten Luft und wird durch das Heizelement noch heißer. Darüber hinaus erzeugt dies eine Reduktion des freien Querschnitts des Klimakanals, so dass die unerwünschten Druckverluste ansteigen.
  • 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 Klimakanals und dem Heizelement eine Anordnung von Umlenkblechen vorgesehen ist, wobei jedes Umlenkblech unter Berücksichtigung 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. Dementsprechend sind die Druckverluste über das Heizelement eher gering.
  • Bevorzugt kann der Klimakanal einen rechtwinkeligen Querschnitt aufweisen, wobei dann die Umlenkbleche auf zwei gegenüberliegende Innenflächenabschnitte des Klimakanals verteilt sind. Beispielsweise liegen an gegenüberliegenden Innenflächenabschnitten des Klimakanals jeweils zwei Umlenkbleche. Bei Bedarf können auch die weiteren, dem Heizelement benachbarte Innenflächenabschnitte ebenfalls mit Umlenkblechen ausgestattet sein.
  • Die Umlenkbleche sind bevorzugt abwechselnd an einander gegenüberliegenden Innenflächenabschnitten des Klimakanals angeordnet. Hierdurch wird der lichte Querschnitt nur um ca. den Teil eines Umlenkblechs verkleinert und nicht um zwei Umlenkbleche. Dies führt dazu, dass die Druckverluste geringer sind.
  • Es ist von Vorteil, wenn die Umlenkbleche an dem einen Innenflächenabschnitt 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 Inneren des Klimakanals einsetzbar ist.
  • Die Umlenkbleche sind bevorzugt an den Innenflächenabschnitten des Klimakanals befestigt, beispielsweise per Schraubverbindung. In dieser Weise ergibt sich eine einfache Anbringung der Umlenkbleche.
  • Das Heizelement kann als sich über den Innenflächenlängsabschnitt 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 Wärmeübertragung 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 Winkelmaße bewirkt, dass die Umlenkbleche gleichzeitig einen geringen Druckverlust, jedoch eine hohe Turbulenz bewirken.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
  • Figur 1
    eine perspektivische, längsgeschnittene Ansicht eines Klimakanals und
    Figur 2
    eine weitere perspektivische Ansicht des Klimakanals 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 Längsrichtung 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 Heizschlange vorliegt, die sich über einen Innenflächenlängenabschnitt L des Klimakanals 1 erstreckt.
  • Wie besonders deutlich aus Figur 2 hervorgeht, ist das Heizelement 2 mit seinen beiden Enden an einer Halteplatte 3 befestigt, welche wiederum an einer Innenseite des Innenflächenlängsabschnitts L angebracht ist.
  • Das Heizelement 2 ist im Inneren des Klimakanals 1 zentral angeordnet, so dass insbesondere zwei einander gegenüberliegende Innenflächenabschnitte 4, 5 in einem Abstand zu den zugeordneten Außenflächen des Heizelements 1 stehen. Dabei sind die Innenflächenabschnitte 4, 5 so gewählt, dass sie an anderen Innenseiten des Klimakanals 1 liegen als das Halteblech 3.
  • Die das Heizelement 1 bildende Heizschlange ist um eine Querachse 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 einem Abstand zueinander liegenden Umlenkblechen 5 ausgestattet, die zu der Strömungsrichtung S bzw. stromaufwärts gelegenen 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 zugeordnet sind, sind gegenüber den Umlenkblechen 6 des Innenflächenabschnitts 5 versetzt angeordnet. Anders ausgedrückt, sind die Umlenkbleche 6 der Innenflächenabschnitte 4, 5 abwechselnd an dem einen Innenflächenabschnitt 4 und an dem anderen 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 Innenflächenabschnitte 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 (10)

  1. 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,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in einem Raum zwischen einem dem Heizelement (2) benachbarten Innenflächenlängsabschnitt 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 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 Umlenkbleche (6) auf zwei gegenüberliegenden Innenflächenabschnitten (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 gegenüberliegenden 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) versetzt 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 Innenflächenlängsabschnitt (L) erstreckende Heizschlange ausgebildet ist.
  9. Klimakanal (1) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Wicklung der Heizschlange um eine Querachse des Klimakanals (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 Innenflächenlängsabschnitts (L) des Klimakanals (1) in einem Bereich von 125° bis 165°, bevorzugt zwischen 135° und 155°, liegt.
EP17702809.9A 2016-03-09 2017-01-26 Klimakanal für ein schienenfahrzeug, mit heizelement Active EP3390193B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016002347.3A DE102016002347A1 (de) 2016-03-09 2016-03-09 Klimakanal für ein Schienenfahrzeug, mit Heizelement
PCT/EP2017/051608 WO2017153086A1 (de) 2016-03-09 2017-01-26 Klimakanal für ein schienenfahrzeug, mit heizelement

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EP3390193A1 EP3390193A1 (de) 2018-10-24
EP3390193B1 true EP3390193B1 (de) 2020-01-08

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CN (1) CN209492536U (de)
DE (1) DE102016002347A1 (de)
RU (1) RU189738U1 (de)
WO (1) WO2017153086A1 (de)

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