EP2934982B1 - Klimatisierungsanordnung für ein schienenfahrzeug - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an air conditioning arrangement for a rail vehicle, having an air distribution box, which has an air inlet and at least two air outlets for connection to further air ducts.
- air conditioning arrangements for rail vehicles are for example from the DE 10 2009 025 299 A1 , of the EP 0 149 450 A2 , of the WO 2011/131444 A1 and the DE 26 13 608 A1 known.
- the publication DE 10 2005 031912 A1 discloses an air distribution box having an air inlet and two air outlets, wherein a variable louvered throttle device is provided.
- Air distribution boxes and other components with air distribution characteristics are used in rail vehicles to supply various parts of the air duct system with the required air volumes. Air distribution boxes thereby regularly provide the interface to an air conditioner, in particular a compact air conditioning unit, which supplies conditioned air to the air distribution box via the air inlet.
- the Luftverteilbox can not take over their air distribution function for a variety of different rail vehicles and thus also different air duct arrangements. Therefore, in known air duct arrangements, depending on the railcar configuration at the air distribution box, adjustment is made by throttling at the air outlets. A setting made is then checked by tests, for example, in a climatic chamber, until the appropriate setting for the present rail vehicle design is found. Nonlinear properties of the typically complex air duct arrangement lead to a high number of test steps.
- the invention has the object, an air conditioning arrangement of the type mentioned in such a way that finding the appropriate Setting for the throttling at the air outlets of the air distribution box is reduced in terms of their effort.
- a Throttle device is associated, which is formed by a perforated plate, and between the air outlet and an air distribution space within the Beerverteilbox, in which the air coming from the air inlet air flow is divided into at least two partial air streams, arranged, wherein pressure loss coefficients of the at least two throttle devices so selected are that results in a predetermined value for a ratio of air flow rates at the at least two air outlets.
- the pressure loss coefficients of the at least two throttle devices are typically in a relationship to one another which corresponds to a quadratic ratio of air flow rates in the range of the at least two air outlets. In this way, the required pressure loss coefficients can be derived on the basis of the respective desired flow rates at the air outlets.
- the pressure loss coefficients of the at least two throttle devices may be selected such that a pressure loss occurring in each case at the throttle devices corresponds to at least twice the pressure loss of an air duct system connected to the air outlet.
- This pressure loss at the throttle devices may also correspond to a multiple of the pressure loss of the air duct system connected to the air outlet.
- the at least two throttle devices may each be greater than 7. This value ensures that the pressure loss at the respective throttle device is generally greater in rail vehicles than the pressure loss of continuing air ducts.
- the at least two throttle devices are each formed by a perforated plate.
- the perforated plates may have a ratio of plate thickness to hole diameter of more than 1.5. This has the advantage that the perforated plates unfold the effect of a rectifier, so that the influence of non-linear properties of the air flows is further reduced. Also unfavorable effects of detachments on heating / cooling flaps, with which Heilverteilboxen are regularly equipped, effectively reduced by the rectifier function of the perforated plates.
- a sound damping device may be provided between the air inlet and the air distribution space.
- Such Schalldämpf are ideally designed so that turbulence of the air flow are reduced.
- the sound damping device may preferably be designed in such a way that an air flow coming from the air inlet is distributed over a plurality of flow paths arranged next to one another and brought together again behind the sound damping device. This results in an air distribution function of the Schalldämpf issued, which, as explained above, is advantageous for a subsequent fine adjustment of the air duct arrangement in the rail vehicle.
- an air distribution box 1 has an air inlet 2, which will typically be connected to an air conditioning unit of a railway vehicle. From the air inlet 2, air to be transported into the interior of the rail vehicle first flows through a sound damping device 3, which is formed by four flow paths 4 arranged side by side in the illustrated embodiment, each at a small angle. After leaving the Schalldämpf Rhein 3 enters the incoming air into an air distribution space 4 within the Heilverteilbox 1, in which the coming of the air inlet 2 air flow is divided into two partial air streams, as in FIG. 1 is illustrated by arrows.
- the Heilverteilbox 1 is equipped with two air outlets 5, 6, via which the respective partial air flows to further air ducts, which are connected to the outlets 5, 6, is transported.
- Each of the air outlets 5, 6 is associated with a throttle device designed as a perforated plate 7, 8, wherein the respective perforated plate 7, 8 is arranged between its associated air outlet 5, 6 and the air distribution space 4. Between the perforated plates 7, 8 and the associated air outlets 5, 6, the partial air streams are passed through channel elements 9, 10.
- the perforated plates, 7, 8 have pressure loss coefficients, which are dimensioned such that for a ratio of air flow rates of the two partial air flows at the air outlets 5, 6 results in a predetermined value. This corresponds to the Ratio of the pressure loss coefficients of the perforated plates 7, 8 the quadratic ratio of the flow velocities in the region of the air outlets 5, 6.
- the perforated plates 7, 8 have a ratio of plate thickness to hole diameter of greater than 1.5, so that the perforated plates 7, 8 have additional properties of a rectifier. ( Idelchik, Handbook of hydaulic resistance, Springer Verlag 1986, page 404, diagram 8-3 )
- one of the perforated plates 7, 8 be 30mm thick, have holes with a diameter of 20mm and a free cross-section of about 35%.
- Such a perforated plate has a pressure loss coefficient of about 7.5. This value ensures that the pressure loss coefficient of the perforated plate 7, 8 would correspond to at least twice the pressure loss of typical air duct systems of rail vehicles connected to the air outlets 5, 6.
- the pressure loss coefficients of the perforated plates 7, 8 are to be selected accordingly.
- the pressure loss coefficients of 7.5 and 12.0 for the perforated plates 7, 8 in the illustrated air-conditioning arrangement cause an air flow ratio of 1: 1.8.
- Other conditions can be realized by suitable adjustment of the pressure loss coefficients of the perforated plates used.
- the perforated plates 7, 8 are arranged substantially perpendicular to the air currents prevailing in their region, so that they bring about a desired pressure loss, before the partial air streams leave the air dividing box at the air outlets 5 and 6.
- the coarse adjustment of the volume flow distribution brought about by the perforated plates 7, 8 for different configurations of rail vehicle carriages on the air distribution box 1 reduces the setting effort on the individual carriages (end carriages, center carriages) since only a fine adjustment is made got to. Effects of the fine adjustment are reduced by the rectifying effect of both the Schalldämpf worn 3 and the perforated plates 7, 8 by damping the non-linear properties.
- a positive effect of the coarse adjustment of the volumetric flow distribution caused by the perforated plates 7, 8 may be that previously required air guiding devices, such as baffles and deflections, may possibly be dispensed with.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimatisierungsanordnung für ein Schienenfahrzeug, mit einer Luftverteilbox, die einen Lufteinlass und wenigstens zwei Luftauslässe zum Anschluss an weiterführende Luftkanäle aufweist. Solche Klimatisierungsanordnungen für Schienenfahrzeuge sind beispielsweise aus der
DE 10 2009 025 299 A1 , derEP 0 149 450 A2 , derWO 2011/131444 A1 und derDE 26 13 608 A1 bekannt. - Die Druckschrift
DE 10 2005 031912 A1 offenbart eine Luftverteilerbox mit einem Lufteinlass und zwei Luftauslässen, wobei eine mit verstellbaren Lamellen versehene Drosseleinrichtung vorgesehen ist. - Luftverteilboxen und andere Komponenten mit Luftverteileigenschaften, wie Schalldämpfer, werden in Schienenfahrzeugen benutzt, um verschiedene Teile des Luftkanalsystems mit den benötigten Luftmengen zu versorgen. Luftverteilboxen stellen dabei regelmäßig die Schnittstelle zu einem Klimagerät, insbesondere Kompaktklimagerät, dar, das der Luftverteilbox über den Lufteinlass aufbereitete Luft zuführt.
- Die Luftverteilbox kann ihre Luftverteilfunktion allerdings nicht für eine Vielfalt unterschiedlicher Schienenfahrzeuge und damit auch verschiedene Luftkanalanordnungen übernehmen. Daher wird bei bekannten Luftkanalanordnungen je nach Schienenfahrzeugwagenkonfiguration an der Luftverteilbox eine Einstellung durch Drosselung an den Luftauslässen vorgenommen. Eine vorgenommene Einstellung wird dann durch Versuche beispielsweise in einer Klimakammer überprüft, bis die geeignete Einstellung für die vorliegende Schienenfahrzeugausführung gefunden ist. Dabei führen nichtlineare Eigenschaften der typischerweise komplexen Luftkanalanordnung zu einer hohen Anzahl an Versuchsschritten.
- Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Klimatisierungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Auffinden der geeigneten Einstellung für die Drosselung an den Luftauslässen der Luftverteilbox hinsichtlich ihres Aufwands vermindert wird.
- Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Klimatisierungsanordnung dadurch gelöst, dass zur Vornahme einer Grobeinstellung für ein Verhältnis von Luftvolumenströmen an den Luftauslässen jedem Luftauslass eine Drosseleinrichtung zugeordnet ist, die von einer Lochplatte gebildet ist, und zwischen dem Luftauslass und einem Luftaufteilungsraum innerhalb der Luftverteilbox, in dem der von dem Lufteinlass kommende Luftstrom auf wenigstens zwei Teil-Luftströme aufgeteilt ist, angeordnet ist, wobei Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrichtungen derart gewählt sind, dass sich für ein Verhältnis von Luftvolumenströmen an den wenigstens zwei Luftauslässen ein vorgegebener Wert ergibt.
- Der Einsatz der den jeweiligen Luftauslässen zugeordneten Drosseleinrichtungen ermöglicht es, für das Verhältnis der Luftvolumenströme an den Luftauslässen eine Grobeinstellung vorzunehmen, so dass bei ein- und derselben Luftverteilbox, eingesetzt in verschiedenen Schienenfahrzeugen mit verschiedenen Luftkanalanordnungen lediglich noch Feinjustierungen für Drosselungen stromabwärts der Luftauslässe erforderlich sind. Dies vermindert den Aufwand hinsichtlich der Einstellung der Luftkanalanordnung, um gewünschte Luftvolumenströme in den weiterführenden Luftkanälen zu erhalten.
- Die Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrichtungen stehen typischer Weise in einem Verhältnis zueinander, das einem quadratischen Verhältnis von Luftströmungsgeschwindigkeiten im Bereich der wenigstens zwei Luftauslässe entspricht. In dieser Weise lassen sich die erforderlichen Druckverlustbeiwerte anhand der jeweils an den Luftauslässen gewünschten Strömungsgeschwindigkeiten ableiten.
- Die Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrichtungen können derart gewählt sein, dass ein jeweils an den Drosseleinrichtungen auftretender Druckverlust wenigstens dem Doppelten des Druckverlustes eines an den Luftauslass angeschlossenen Luftkanalsystems entspricht. Dieser Druckverlust an den Drosseleinrichtungen kann auch einem Vielfachen des Druckverlusts des an den Luftauslass angeschlossenen Luftkanalsystems entsprechen. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die Drosseleinrichtungen nichtlineare Eigenschaften der Luftvolumenströme verringern und somit auch unvorhersehbare Effekte für die Feineinstellung der Luftvolumenströme an den Luftauslässen.
- Beispielsweise können die Luftdruckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrichtungen jeweils größer als 7 sein. Dieser Wert gewährleistet, dass der Druckverlust an der betreffenden Drosseleinrichtung im Regelfall bei Schienenfahrzeugen größer ist als der Druckverlust weiterführender Luftkanäle.
- Die wenigstens zwei Drosseleinrichtungen sind jeweils von einer Lochplatte gebildet. Dabei können die Lochplatten ein Verhältnis von Plattenstärke zu Lochdurchmesser von mehr als 1,5 aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Lochplatten die Wirkung eines Gleichrichters entfalten, so dass die Einwirkung nicht linearer Eigenschaften der Luftströmungen weiter vermindert wird. Auch werden ungünstige Effekte von Ablösungen an Heiz-/Kühlklappen, mit denen Luftverteilboxen regelmäßig ausgestattet sind, durch die Gleichrichterfunktion der Lochplatten wirksam verringert.
- Zwischen dem Lufteinlass und dem Luftaufteilungsraum kann eine Schalldämpfeinrichtung vorgesehen sein. Solche Schalldämpfeinrichtungen sind idealerweise derart ausgelegt, dass Verwirbelungen der Luftströmung vermindert werden. Bevorzugt kann dabei die Schalldämpfeinrichtung derart ausgebildet sein, dass ein von dem Lufteinlass kommender Luftstrom auf mehrere, nebeneinander angeordnete Strömungsstrecken verteilt und hinter der Schalldämpfeinrichtung wieder zusammengeführt wird. Hieraus ergibt sich eine Luftverteilfunktion der Schalldämpfeinrichtung, die, wie oben erläutert, für eine spätere Feineinstellung der Luftkanalanordnung im Schienenfahrzeug vorteilhaft ist.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine Querschnittsansicht einer Luftverteilbox zum Anschluss an weiterführende Luftkanäle innerhalb eines Schienenfahrzeugs und
- Figur 2
- eine perspektivische Ansicht der Luftverteilbox von
Figur 1 . - Wie in
Figur 1 veranschaulicht ist, weist eine Luftverteilbox 1 einen Lufteinlass 2 auf, der typischer Weise an ein Klimagerät eines Schienenfahrzeugs angeschlossen sein wird. Von dem Lufteinlass 2 aus, strömt in das Innere des Schienenfahrzeugs zu transportierende Luft zunächst durch eine Schalldämpfeinrichtung 3, die von im dargestellten Ausführungsbeispiel vier nebeneinander angeordneten, jeweils in einem geringen Winkel zueinander stehenden Strömungsstrecken 4 gebildet ist. Nach Verlassen der Schalldämpfeinrichtung 3 gelangt die einströmende Luft in einen Luftaufteilungsraum 4 innerhalb der Luftverteilbox 1, in dem der von dem Lufteinlass 2 kommende Luftstrom auf zwei Teil-Luftströme aufgeteilt wird, wie es inFigur 1 durch Pfeile veranschaulicht ist. - Die Luftverteilbox 1 ist mit zwei Luftauslässen 5, 6 ausgestattet, über die die jeweiligen Teil-Luftströme an weiterführende Luftkanäle, die an die Auslässe 5, 6 angeschlossen sind, transportiert wird.
- Dabei ist jedem der Luftauslässe 5, 6 eine als Lochplatte 7, 8 ausgebildete Drosseleinrichtung zugeordnet, wobei die jeweilige Lochplatte 7, 8 zwischen dem ihr zugeordneten Luftauslass 5, 6 und dem Luftaufteilungsraum 4 angeordnet ist. Zwischen den Lochplatten 7, 8 und den zugeordneten Luftauslässen 5, 6 werden die Teil-Luftströme durch Kanalelemente 9, 10 geführt.
- Die Lochplatten, 7, 8 weisen Druckverlustbeiwerte auf, die derart bemessen sind, dass sich für ein Verhältnis von Luftvolumenströmen der beiden Teil-Luftströme an den Luftauslässen 5, 6 ein vorgegebener Wert ergibt. Dabei entspricht das Verhältnis der Druckverlustbeiwerte der Lochplatten 7, 8 dem quadratischen Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der Luftauslässe 5, 6.
- Die Lochplatten 7, 8 weisen ein Verhältnis von Plattenstärke zu Lochdurchmesser von größer 1,5 auf, so dass die Lochplatten 7, 8 zusätzliche Eigenschaften eines Gleichrichters haben. (Idelchik, Handbook of hydaulic resistance, Springer Verlag 1986, Seite 404, Diagramm 8-3)
- Beispielsweise kann eine der Lochplatten 7, 8 30mm dick sein, Löcher mit einem Durchmesser von 20mm aufweisen sowie einen freien Querschnitt von ca. 35%. Eine solche Lochplatte hat einen Druckverlustbeiwert von ca. 7,5. Dieser Wert gewährleistet, dass der Druckverlustbeiwert der Lochplatte 7, 8 wenigstens dem Doppelten des Druckverlusts typischer, an die Luftauslässe 5, 6 angeschlossener Luftkanalsysteme von Schienenfahrzeugen entspräche. Um die beabsichtigte Grobeinstellung für das Verhältnis der Luftvolumenströme an den Auslässen 5, 6 einzustellen, sind die Druckverlustbeiwerte der Lochplatten 7, 8 entsprechend zu wählen. Beispielsweise bewirken die Druckverlustbeiwerte von 7,5 und 12,0 für die Lochplatten 7,8 in der gezeigten Klimatisierungsanordnung ein Luftvolumenstromverhältnis von 1:1,8. Andere Verhältnisse können durch geeignete Einstellung der Druckverlustbeiwerte der eingesetzten Lochplatten realisiert werden.
- Die Lochplatten 7, 8 sind im Wesentlichen senkrecht zu den in ihrem Bereich herrschenden Luftströmungen angeordnet, so dass sie einen gewünschten Druckverlust bewirken, bevor die Teil-Luftströme die Luftteilbox an den Luftauslässen 5 und 6 verlassen.
- Die durch die Lochplatten 7, 8 bewirkte Grobeinstellung der Volumenstromverteilung für verschiedene Konfigurationen von Schienenfahrzeugwagen an der Luftverteilbox 1, verringert den Einstellaufwand an den einzelnen Wagen (Endwagen, Mittelwagen), da nur noch eine Feineinstellung vorgenommen werden muss. Effekte der Feineinstellung werden durch die gleichrichtende Wirkung sowohl der Schalldämpfeinrichtung 3 als auch der Lochplatten 7, 8 durch Dämpfung der nichtlinearen Eigenschaften vermindert. Ein positiver Effekt der durch die Lochplatten 7, 8 bewirkten Grobeinstellung der Volumenstromverteilung kann darin bestehen, dass bislang erforderliche Luftleiteinrichtungen, wie Leitbleche und Umlenkungen, ggf. entfallen können.
Claims (7)
- Klimatisierungsanordnung für ein Schienenfahrzeug, mit einer Luftverteilbox (1), die einen Lufteinlass (2) und wenigstens zwei Luftauslässe (5, 6) zum Anschluss an weiterführende Luftkanäle aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Vornahme einer Grobeinstellung für ein Verhältnis von Luftvolumenströmen an den Luftauslässen (5, 6) jedem Luftauslass (5, 6) eine Drosseleinrichtung (7, 8) zugeordnet ist, die von einer Lochplatte gebildet ist, und zwischen dem Luftauslass (5, 6) und einem Luftaufteilungsraum (4) innerhalb der Luftverteilbox (1), in dem der von dem Lufteinlass (2) kommende Luftstrom auf wenigstens zwei Teil-Luftströme aufgeteilt ist, angeordnet ist, wobei Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrichtungen (7, 8) derart gewählt sind, dass sich für das Verhältnis der Luftvolumenströmen an den wenigstens zwei Luftauslässen (5, 6) ein vorgegebener Wert ergibt. - Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Dosseleinrichtungen (7, 8) in einem Verhältnis zueinander stehen, das einem quadratischen Verhältnis von Luftströmungsgeschwindigkeiten im Bereich der wenigstens zwei Luftauslässe (5, 6) entspricht. - Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrichtungen (7, 8) derart gewählt sind, dass ein jeweils an den Drosseleinrichtungen (7, 8) auftretender Druckverlust wenigstens dem Doppelten des Druckverlustes eines an den Luftauslass (5, 6) angeschlossenen Luftkanalsystems entspricht. - Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrichtungen (7, 8) jeweils größer als die des nachgelagerten Kanalsystems. - Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lochplatten ein Verhältnis von Plattenstärke zu Lochdurchmesser von mehr als 1,5 aufweisen. - Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Lufteinlass (2) und dem Luftaufteilungsraum (4) eine Schalldämpfeinrichtung (3) vorgesehen ist. - Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalldämpfeinrichtung (3) derart ausgebildet ist, dass ein von dem Lufteinlass (2) kommender Luftstrom auf mehrere, nebeneinander angeordnete Strömungsstrecken (4) verteilt und hinter der Schalldämpfeinrichtung (3) wieder zusammengeführt wird.
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