CN103996890A - 用于有轨电车的热控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于有轨电车的热控制系统。本发明用于有轨电车的热控制系统，设置在有轨电车车厢顶板上方的车顶型材，分别设置在所述车顶型材上方的燃料电池系统和空调系统，其特征在于，还包括：在所述车顶型材上方还设置有散热系统，所述燃料电池系统与所述散热系统通过管道连接，在所述管道上设置有用于将冷却剂泵送到所述散热系统的循环泵。本发明解决现有散热效率低的问题。

Description

用于有轨电车的热控制系统
技术领域
本发明涉及有轨电车制造技术，尤其涉及一种用于有轨电车的热控制系统。
背景技术
近年来，环境污染严重、石油资源匮竭及全球气候变暖，迫使人们在新能源动力系统领域寻求技术突破。国内多个城市开始规划建设有轨电车，并在重要区段设置无电网区域，以保护城市景观。在轨道交通高速化及城轨交通大众化的同时，通过对储能技术和智能化控制策略的研究，实现轨道交通节能、环保、安全、可靠的目标，将成为新世纪轨道交通技术现代化的标志。所以，为达到人类、环境、车辆三者友好协调发展的目的，世界各国都在积极探索新能源，新能源必然成为未来有轨电车发展的趋势。
目前，混合动力系统成熟运用的储能部件主要包括超级电容和动力电池两大类，其中，超级电容的功率密度高，具备快充快放特性，能满足高加速度所需功率，可实施制动能量高效回收；动力电池能量密度高，具备持续放电特性，能满足长距离运用所需能量，可实施制动能量适度回收。此外，燃料电池作为零排放、节能环保的新兴能源，也成为混合动力汽车和轨道车辆技术研究的重点和热点。因此在有轨电车中使用燃料电池、动力电池以及超级电容作为混合动力系统是研究的核心。但是上述混合动力系统在为电车提供动力的同时会散发大量的热量，尤其是燃料电池的散热量最为厉害，例如，额定输出功率为150千瓦(kiloWatt，简称：kW)的燃料电池，其散热量达到了120～150kW，这部分热量要散掉，需要高效的散热装置配合。
现有技术中，采用水冷却技术降低储能部件的温度，但是这种方案散热效率较低，无法满足燃料电池的高散热量需求。
发明内容
本发明实施例提供一种用于有轨电车的热控制系统，以解决现有散热效率低的问题。
本发明实施例提供一种用于有轨电车的热控制系统，设置在有轨电车车厢顶板上方的车顶型材，分别设置在所述车顶型材上方的燃料电池系统和空调系统，其特征在于，还包括：
在所述车顶型材上方还设置有散热系统，所述燃料电池系统与所述散热系统通过管道连接，在所述管道上设置有用于将冷却剂泵送到所述散热系统的循环泵。
进一步的，所述散热系统与所述车顶型材之间设置有导热介质，所述导热介质用于将所述燃料电池系统输出的所述冷却液的热量传导至所述车顶型材。
进一步的，所述车顶型材内设置有中空风道，所述中空风道用于形成传导至所述车顶型材的所述冷却液的热量与所述空调系统产生的冷空气的对流。
进一步的，在所述车顶型材上靠近所述散热系统的位置开设有通孔，所述通孔用于将所述空调系统产生的冷空气输入至所述散热系统内将所述冷却液的热量与所述冷空气形成热交换。
本发明实施例用于有轨电车的热控制系统，通过散热系统对燃料电池系统产生的热量进行消除，实现高效快速地降低冷却液的温度，也能够满足燃料电池的散热需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于有轨电车的热控制系统实施例一的侧面结构示意图；
图2为本发明用于有轨电车的热控制系统实施例一的俯瞰结构示意图；
图3为本发明用于有轨电车的热控制系统实施例二的侧面结构示意图；
图4为本发明用于有轨电车的热控制系统实施例三的侧面结构示意图；
图5为本发明用于有轨电车的热控制系统实施例四的侧面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明用于有轨电车的热控制系统实施例一的侧面结构示意图，图2为本发明用于有轨电车的热控制系统实施例一的俯瞰结构示意图，图1和图2结合来看，在有轨电车10车厢顶板上方设置有车顶型材11，车顶型材11上方设置有燃料电池系统12和空调系统14，车厢内、且在顶板下方设置有用于向车厢内送风的空调风道18，本实施例的热控制系统可以包括：在车顶型材11上方设置有散热系统13，燃料电池系统12与散热系统13通过管道16连接，在管道16上设置有用于将冷却剂泵送到所述散热系统的循环泵15。进一步的，还可以设置一管道用于将散热系统13降温后的冷却液输入至燃料电池系统12。
可选的，可以设置一管道直接将燃料电池系统12输出的冷却液经过循环泵15后不经过散热系统13直接返回至燃料电池系统12，这种情况适用于冷却液在对燃料电池系统12的热量进行热交换后未达到预设温度，因此不需要再对其进行风冷处理。
本实施例中的燃料电池系统12，用于向有轨电车提供动力，并通过冷却液消除自身产生的热量；散热系统13，用于通过风冷技术降低燃料电池系统输出的冷却液的温度，并向所述燃料电池系统提供可循环使用的冷却液；空调系统14，用于在空调风道内形成冷空气。
燃料电池系统是有轨电车的动力系统，但是其散热量很大，因此高效快速的消除燃料电池的热量成为关注重点。本实施例中，通过循环流动的冷却液消除燃料电池系统产生的热量，因此从燃料电池系统输出的冷却液温度较高，高温冷却液在循环泵的作用下流入散热系统，散热系统具备热交换的能力，通过风冷技术将高温冷却液的热量散发掉，即散热系统可以包括铁块或铝块等介质，通过风机带动周围环境中的空气流动，并将流动的空气抽入散热系统中，这样流动的空气与高温冷却液进行热交换，降低了冷却液的温度，冷却下来的冷却液再流回燃料电池系统，循环对燃料电池系统的热量进行冷却。
本实施例，通过散热系统对燃料电池系统产生的热量进行消除，实现高效快速地降低冷却液的温度，也能够满足燃料电池的散热需求。
图3为本发明用于有轨电车的热控制系统实施例二的侧面结构示意图，如图3所示，在图1所示的热控制系统的结构基础上，进一步的，散热系统13与车顶型材11之间设置有导热介质21，导热介质21用于将燃料电池系统12输出的冷却液的热量传导至车顶型材11，以增大散热面积加快散热。本实施例热控制系统可以在冬季和夏季均适用。三通阀17用于将循环泵15的出口分别连接至散热系统13和流回至燃料电池系统12的管道。
本实施例的热控制系统，导热介质21可以是任意一种具备导热功能的介质，例如导热硅胶，通过导热介质可以将散热系统中的热量传导至车顶型材，甚至是有轨电车的整个车体表面，这样原本只是通过散热系统进行散热，有可能会因为冷却液的温度过高，受散热系统的能力限制，可能只可以将冷却液的部分热量散发掉，而如果将冷却液的热量扩散至车顶型材以及有轨电车的车体表面这样更大面积的介质上，即可增大散热面积，大大加快了散热速度。
本实施例，将散热系统和车顶型材以及有轨电车的车体表面结合起来，有效利用车体表面的大面积，扩大散热面积，实现更高效快速地降低冷却液的温度，也能够满足燃料电池的散热需求。
图4为本发明用于有轨电车的热控制系统实施例三的侧面结构示意图，如图4所示，在图3所示的热控制系统的结构基础上，进一步的，车顶型材11内设置有中空风道31，通过中空风道31的垂向孔引入空调风道18中的冷空气，然后冷空气沿中空风道31的水平风道流动，在车顶型材11中形成传导至车顶型材11的冷却液的热量与冷空气的对流，以加快散热。可选的，可以在车顶型材11的一侧加上小风机以驱动气流运动形成对流。本实施例热控制系统适用于夏季。
本实施例的热控制系统，利用车顶型材内的中空风道形成空气对流，一方面是传导至车顶型材的冷却液的热空气，一方面是车顶型材下方的空调风道中的冷空气，二者通过中空风道对流进行热交换，这样在上述实施例扩大散热面积的基础上，进一步利用空调产生的冷空气为车体带走一部分热量，进一步提升换热效率。
本实施例，将散热系统和车顶型材、有轨电车的车体表面以及空调系统产生的冷空气结合起来，有效利用车体表面的大面积，扩大散热面积，并用冷空气作为冷却单元的组件，加强热交换效果，实现更高效快速地降低冷却液的温度，也能够满足燃料电池的散热需求。
图5为本发明用于有轨电车的热控制系统实施例四的侧面结构示意图，如图5所示，在图3所示的热控制系统的结构基础上，进一步的，在车顶型材11上靠近散热系统13的位置开设有通孔41，通孔41连通散热系统13与空调风道18，通孔用于将空调风道18中的冷空气输入至散热系统13内将冷却液的热量与所述冷空气形成热交换，以加快散热。本实施例热控制系统适用于夏季。
本实施例中的通孔41与上述实施例中的中空风道31是不同的，通孔41是在车顶型材11上开设的孔，该孔在竖直方向上到达车顶型材11的上下表面，可以直接连通空调风道18与散热系统13，中空风道31是车顶型材内部的中空结构，它只存在于车顶型材11的内部，并没有延伸至车顶型材11的上下表面，即中空风道31与车顶型材11的上下表面形成的是型腔。
本实施例的热控制系统，可以利用空调产生的冷空气对散热系统中的高温冷却液直接进行冷却，这类似于冷板散热方式，换热效率很明显，并避免了利用外界环境风冷却带来的燃料电池系统密封性能问题，提升了燃料电池系统防护等级和可靠性，实现高效快速地降低冷却液的温度，也能够满足燃料电池的散热需求。
可选的，如果将上述实施例的热控制系统应用于有轨电车上配备的超级电容和动力电池箱，也可以实现较高的夏季冷量利用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种用于有轨电车的热控制系统，设置在有轨电车车厢顶板上方的车顶型材，分别设置在所述车顶型材上方的燃料电池系统和空调系统，其特征在于，还包括：
在所述车顶型材上方还设置有散热系统，所述燃料电池系统与所述散热系统通过管道连接，在所述管道上设置有用于将冷却剂泵送到所述散热系统的循环泵。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述散热系统与所述车顶型材之间设置有导热介质，所述导热介质用于将所述燃料电池系统输出的所述冷却液的热量传导至所述车顶型材。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述车顶型材内设置有中空风道，所述中空风道用于形成传导至所述车顶型材的所述冷却液的热量与所述空调系统产生的冷空气的对流。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的系统，其特征在于，在所述车顶型材上靠近所述散热系统的位置开设有通孔，所述通孔用于将所述空调系统产生的冷空气输入至所述散热系统内将所述冷却液的热量与所述冷空气形成热交换。
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