DE102016002347A1

DE102016002347A1 - Air duct for a rail vehicle, with heating element

Info

Publication number: DE102016002347A1
Application number: DE102016002347.3A
Authority: DE
Inventors: Irfan Kasap
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2017-09-14
Also published as: EP3390193A1; EP3390193B1; RU189738U1; WO2017153086A1; CN209492536U

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 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.The invention relates to an air conditioning duct (1) for a rail vehicle, with a heating element (2) arranged centrally in the interior of the air conditioning duct (1), which extends over a longitudinal section of the air conditioning duct (1), wherein in a space between a heating element (2 ) is provided an arrangement of baffles (6), wherein each baffle (6) taking into account a for the air conditioning duct (1) predetermined flow direction (S) to an upstream thereto, adjoining part of the inner surface longitudinal section (L) of the air conditioning duct (1) is at an obtuse angle.

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.The invention relates to an air conditioning duct for a rail vehicle, with a centrally located in the interior of the air conditioning heating element which extends over a longitudinal section of the air conditioning duct.

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.The air conditioning of rail vehicles is carried out according to relevant standards of local, regional and long-distance transport. Specifically, these standards also set temperature limits and / or differences that are intended to provide passengers with comfort or desirable comfort in the passenger compartment.

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.In particular, very long air ducts in the rail vehicle, it can happen that at a certain outlet point for the conditioned air, for example in the area of the entrances of a rail vehicle, without further measures, the values specified by the standards can not be met. In particular, poor insulation of the doors in the area of the entrances and large door opening cycles cause a considerable drop in temperature in the area of the entrances.

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.To compensate for this, for example, air ducts of the type mentioned are used, which are equipped with a heating element acting as a reheater. Of great importance in the design of the reheater as uniform as possible temperature stratification in the channel blowing and the lowest possible Heizwendeltemperaturen and pressure losses. At the same time training should avoid so-called "hot spots" in the air conditioning duct. In the area of these "HotSpots" (heat accumulation) circulates the flow of air guided by the air duct and is heated by the heating element even hotter. In addition, this produces a reduction of the free cross section of the air conditioning duct, so that the undesirable pressure losses increase.

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.Based on this, the present invention seeks to provide a climate channel for a rail vehicle, which is characterized by uniform temperature stratification and low pressure losses on the heating element.

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.This object is achieved with the air conditioning duct of the type mentioned above in that an arrangement of baffles is provided in a space between a heating element adjacent inner surface longitudinal section of the air conditioning duct and the heating element, each baffle taking into account a predetermined for the air duct flow direction to one upstream located, adjacent part of the inner surface longitudinal section of the air conditioning duct is at an obtuse angle.

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.The arrangement chosen for the baffles ensures, as demonstrated by the inventors experiments, a fairly uniform temperature stratification in the Kanalausblasung, low pressure drops across the heating element and also low temperatures of the heating element.

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.The formation of so-called "hot spots" is also effectively reduced, so that the flow does not circulate appreciably, in particular in the region of the baffles and the heating element. Accordingly, the pressure losses over the heating element are rather low.

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.Preferably, the air conditioning duct may have a rectangular cross section, in which case the deflecting plates are distributed over two opposite inner surface sections of the air conditioning duct. For example, there are two deflecting plates on opposite inner surface sections of the air conditioning duct. If necessary, the other, the heating element adjacent inner surface portions may also be equipped with baffles.

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.The baffles are preferably arranged alternately on opposite inner surface portions of the air conditioning duct. As a result, the clear cross section is reduced only by about the part of a baffle and not two baffles. This causes the pressure losses are lower.

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.It is advantageous if the baffles are arranged offset on the one inner surface portion of the air conditioning duct relative to the baffles on the other inner surface portion of the air conditioning duct, and seen in the longitudinal direction of the air conditioning duct, which is typically a straight, elongated member.

Die Umlenkbleche können an den gegenüberliegenden Innenflächenabschnitten des Klimakanals in gleichen Abständen zueinander angeordnet sein.The baffles may be arranged at the opposite inner surface portions of the air conditioning duct at equal intervals.

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.It is preferred if the air conditioning duct is designed as a housing for the heating element. In this embodiment, 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. Alternatively, it would also be possible for an air-conditioning duct section to be provided with an openable lid, by means of which the heating element can be inserted into its central position in the interior of the air-conditioning duct.

Die Umlenkbleche sind bevorzugt an den Innenflächenabschnitten des Klimakanals befestigt, beispielsweise per Schraubverbindung. In dieser Weise ergibt sich eine einfache Anbringung der Umlenkbleche.The baffles are preferably attached to the inner surface portions of the air conditioning duct, for example by screw. In this way, a simple attachment of the baffles results.

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.The heating element may be formed as a heating coil extending over the inner surface longitudinal section. It is preferable for a favorable flow flow when a coil of the heating coil is arranged around a transverse axis of the air conditioning duct around. By replacing the flow at the deflection edge turbulence is generated, which is advantageous for heat transfer. The turbulence afflicted flow then flows around the heating coil.

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.Preferably, the obtuse angle between the baffles and the upstream, adjacent parts of the inner surface longitudinal section is in a range between 125 ° and 165 °, preferably 140 ° to 150 °. Compliance with these angular dimensions causes the baffles simultaneously cause a low pressure drop, but a high turbulence.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 eine perspektivische, längsgeschnittene Ansicht eines Klimakanals und 1 a perspective, longitudinal sectional view of an air conditioning duct and

2 eine weitere perspektivische Ansicht des Klimakanals von 1. 2 another perspective view of the air conditioning duct of 1 ,

Wie aus 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 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.How out 1 As can be seen, an air-conditioning duct arrangement, which is used for example in a rail vehicle, comprises a single straight and elongate air-conditioning duct 1 , which is connected with its front and back respectively to adjacent air conditioning ducts, so that coming from a compact air conditioner, conditioned air in the longitudinal direction of the air conditioning duct 1 is transportable. In the presentation of 1 the air flow is from left to right, illustrated by the flow direction S. The air conditioning duct 1 is in its interior with an electrically operated heating element 2 equipped, which is in the form of a heating coil extending over an inner surface length portion L of the air conditioning duct 1 extends.

Wie besonders deutlich aus 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.How very clear 2 shows, is the heating element 2 with its two ends to a retaining plate 3 attached, which in turn is attached to an inner side of the inner surface longitudinal section L.

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.The heating element 2 is inside the air conditioning duct 1 arranged centrally, so that in particular two opposite inner surface portions 4 . 5 at a distance to the associated outer surfaces of the heating element 1 stand. Here are the inner surface sections 4 . 5 chosen so that they are on other insides of the air duct 1 lie as the retaining plate 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.The heating element 1 forming heating coil is about a transverse axis of the air conditioning duct 1 arranged perpendicular to the retaining plate 3 stands. For an effective reheating of air, the two opposite inner surface sections 4 . 5 in the present embodiment, each with two spaced-apart baffles 5 equipped to the flow direction S and upstream parts of the inner surface portions 4 . 5 standing at an obtuse angle. An angle of 145 ° has proven to be optimal in calculations. Although a too large angle produces little pressure loss, but contributes to less turbulence. Too small an angle in turn leads to 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 ,

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.The baffles 6 that is the inner surface section 4 are assigned to the baffles 6 of the inner surface portion 5 staggered. In other words, the baffles are 6 the inner surface sections 4 . 5 alternately on the one inner surface portion 4 and on the other inner surface portion 5 intended.

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.The climate channel 1 has a generally rectangular cross section, wherein the retaining plate 3 is arranged on one of the four inner sides of the air conditioning duct, while the rectangular inner surface sections 4 . 5 with the baffles 6 perpendicular to the retaining plate 3 lie.

Der anhand der 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.The basis of the 1 and 2 explained climate channel 1 is with respect to a longitudinal dimension to the length of the heating element 2 adapted, so that in the present application, as a housing for the heating element 3 can be designated.

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.CFD calculations (numerical flow simulation) have shown that the intended design of the air conditioning duct 1 leads to a Nachheizwirkung for conditioned air, in which a desired uniform temperature stratification is effected without significant heat accumulation and a pressure drop across the heating element 2 is comparatively low.

Claims

Air conditioning channel ( 1 ) for a rail vehicle, with one inside the air conditioning duct ( 1 ) centrally arranged heating element ( 2 ) extending over a length of the air conditioning duct ( 1 ), characterized in that in a room between a heating element ( 2 ) adjacent inner surface longitudinal section of the air conditioning duct ( 1 ) and the heating element ( 2 ) an arrangement of baffles ( 6 ) is provided, each baffle ( 6 ) taking into account one for the climate channel ( 1 ) predetermined flow direction (S) to an upstream, adjacent part of the inner surface longitudinal section (L) of the air conditioning duct ( 1 ) is at an obtuse angle.

Air conditioning channel ( 1 ) according to claim 1, characterized in that it has a rectangular cross section, and the baffles ( 6 ) on two opposite inner surface sections ( 4 . 5 ) of the air conditioning duct ( 1 ) are equally distributed.

Air conditioning channel ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the baffles ( 6 ) alternately on opposite inner surface portions ( 4 . 5 ) of the air conditioning duct ( 1 ) are arranged.

Air conditioning channel ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the baffles ( 6 ) on the one inner surface section ( 4 . 5 ) of the air conditioning duct ( 1 ) relative to the baffles ( 6 ) on the other inner surface portion ( 4 . 5 ) of the air conditioning duct ( 1 ) are arranged offset.

Air conditioning channel ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the baffles ( 6 ) at the opposite inner surface portions ( 4 . 5 ) of the air conditioning duct ( 1 ) are arranged at equal distances from each other.

Air conditioning channel ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is used as housing for the heating element ( 2 ) is trained.

Air conditioning channel ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the baffles ( 6 ) on the inner surface sections ( 4 . 5 ) of the air conditioning duct ( 1 ) are attached.

Air conditioning channel ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the heating element ( 2 ) is formed as over the inner surface longitudinal section (L) extending heating coil.

Air conditioning channel ( 1 ) according to claim 8, characterized in that a winding of the heating coil about a transverse axis of the air conditioning duct ( 1 ) is arranged around.

Air conditioning channel ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the obtuse angle between each deflection plate ( 6 ) and the upstream, adjacent part of the inner surface longitudinal section (L) of the air conditioning duct ( 1 ) in a range of 125 ° to 165 °, preferably between 135 ° and 155 °.