CN105828575A - 用于轨道交通的射流两相换热冷板及冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轨道交通的射流两相换热冷板，包括设置有空腔的冷板壳体，冷板壳体上开设有冷媒入口和冷媒出口，空腔内设置有冷媒管道，冷媒管道一端经冷媒入口伸出至冷板壳体外部并与发热部件的制冷单元相连用于通入高压液态冷媒，冷板壳体内部的冷媒管道上开设有朝向于发热部件发热面的小孔。本发明的冷板具有结构简单紧凑、工作可靠以及换热效率高等优点。本发明还公开了一种用于轨道交通的冷却系统，包括制冷单元，还包括如上所述的射流两相换热冷板，制冷单元的冷凝组件与伸出冷媒入口的冷媒管道的一端直连，制冷单元的压缩组件与冷板壳体的冷媒出口相连。本发明的冷却系统具有结构简单紧凑以及散热冷却效果好等优点。

Description

用于轨道交通的射流两相换热冷板及冷却系统

技术领域

本发明主要涉及电子器件散热冷却技术领域，特指一种用于轨道交通的射流两相换热冷板及冷却系统。

背景技术

在现有的大功率电力电子器件的散热器中，直接接触液冷散热器（包括采用冷媒的散热器）效率较高，其功率密度可以满足现有的器件需求。但是随着更高功率密度设备的出现，现有的散热形式逐渐不能满足，温升将超过器件的耐受极限，因此需要更高效的散热形式。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、耐压度以及换热效率高的用于轨道交通的射流两相换热冷板，并相应公开了一种结构简单紧凑且散热冷却效果好的冷却系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于轨道交通的射流两相换热冷板，包括外表面与轨道交通发热部件发热面相贴合的冷板壳体，所述冷板壳体内部设置有空腔，所述冷板壳体上开设有与空腔相连的冷媒入口和冷媒出口，所述空腔内设置有一端封闭的冷媒管道，所述冷媒管道的另一端经冷媒入口伸出至冷板壳体外部并与发热部件制冷单元相连用于通入高压液态冷媒，所述冷板壳体内部的冷媒管道上开设有朝向于所述发热部件发热面的小孔。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述冷媒管道呈“S”形分布在所述空腔内。

所述冷媒管道为铜管。

所述铜管的外径为5～7mm，壁厚为1mm。

所述小孔的孔径为0.1～0.5mm。

本发明还相应公开了一种用于轨道交通的冷却系统，包括制冷单元，还包括如上所述的射流两相换热冷板，所述制冷单元的冷凝组件与伸出冷媒入口的冷媒管道的一端直连，所述制冷单元的压缩组件与冷板壳体的冷媒出口相连。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述制冷单元的冷媒为氟利昂。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的用于轨道交通的射流两相换热冷板，通过将发热部件（如变流器）中现有制冷单元中的高压液态冷媒引入至冷媒管道内，通过冷媒管道上小孔将液态冷媒直接喷射至与发热部件发热面相贴合的冲击面上，极大的提高换热效率；另外采用冷媒管道作为高压侧，而空腔则承受低压，降低了对整体结构的强度要求，从而减少了冷板壳体厚度，减轻了重量。本发明的用于轨道交通的冷却系统，不仅具有冷板所述的优点，而且省去了节流组件，同时提高了冷却效果。

附图说明

图1为本发明的冷板的内部结构示意图。

图2为本发明的冷板的分解结构示意图。

图3为本发明的冷板中冷媒管道的结构示意图（省去冷板壳体上的盖体）。

图4为本发明的冷板中冷媒管道的结构示意图。

图中标号表示：1、冷板壳体；11、盖板；12、台面；13、空腔；2、冷媒管道；21、小孔；22、固定座；3、冷媒入口；4、冷媒出口；5、变流器。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图4所示，本实施例的用于轨道交通的射流两相换热冷板，具体应用于变流器5中，包括冷板壳体1，冷板壳体1的一侧（台面12）与轨道交通变流器发热面相贴合，冷板壳体1内部设置有空腔13（即冷板壳体1由腔体以及位于腔体上方的盖板11焊接而成），冷板壳体1上开设有与空腔13相连的冷媒入口3和冷媒出口4，空腔13内设置有一端封闭的冷媒管道2，冷媒管道2的另一端经冷媒入口3伸出至冷板壳体1外部并与变流器5制冷单元相连用于通入高压液态冷媒，冷板壳体1内部的冷媒管道2上开设有朝向于变流器5发热面的小孔21，高压液态冷媒在冷媒管道2内流动，并经冷媒管道2上的小孔21以极高的速度喷射冲击至空腔13的内壁上，液态冷媒吸收了变流器5的热量后，剧烈沸腾成气态，并在空腔13内继续膨胀至过热，最后经冷媒出口4排出。本发明的用于轨道交通的射流两相换热冷板，通过采用射流冲击散热以及沸腾换热的方式，极大提高了换热效率；而且采用冷媒管道2作为高压侧承受高压，不仅能够保证耐压能力，而且相对应的空腔13承受低压，能够简化冷板壳体1的结构并减轻重量。另外变流器5的制冷单元是变流器5自有的，因此可将此冷板应用于现有设备的改造，且系统改动非常小。

本实施例中，由于冷媒管道2入口处的液态冷媒压力较高（超过1.5Mpa），通过小孔21高速喷出的液态冷媒，由于小孔21的节流作用，压力瞬间降低到适当的蒸发压力（低于1Mpa），相当于毛细管的节流作用，因此空腔13内的冷媒临界温度大大降低，而变流器5的巨大热量所产生的巨大温差使得冷媒发生剧烈沸腾，而同时高速的垂直冲击壁面，可以大大加强冲击点及其附近的换热能力。

本实施例中，冷板壳体1的空腔13内设置有多个固定座22，冷媒管道2呈“S”形均匀分布在空腔13的固定座22上并覆盖空腔13的全部区域，而且小孔21也是均匀分布在冷媒管道2上，以保证散热的均匀性。在其它实施例中，冷媒管道2可以螺旋状分布或其它形式分布。

本实施例中，冷媒管道2为铜管，其中铜管的外径为5～7mm，壁厚为1mm；小孔21的孔径为0.1～0.5mm。铜管由于外径较小（一般约6mm），在壁厚为1mm的条件下，不仅能够耐受的最大压力很高（超过4Mpa），而且适用于变流器5发热面较大的情况。同时，由于小孔21孔径较小（0.2mm左右），其节流阻力远远大于液态冷媒在高压铜管内流动的沿程阻力，因此在接近冷媒入口3的小孔21处与远离冷媒入口3的小孔21处，其喷射压差是接近的，因此整个冷板上的换热强度和温度是十分均匀的。另外，由于铜管内的冷媒是纯液体，而非两相流，而从小孔21流出的冷媒汽化速度较快，在低压空腔13内的气体可迅速均匀混合，而无大量的气液两相状态，因此冷板的性能不会受到重力的影响，即不会受到安装角度的影响。

本发明还公开了一种用于轨道交通的冷却系统，包括制冷单元，还包括如上所述的射流两相换热冷板，制冷单元的冷凝组件与伸出冷媒入口3的冷媒管道2的一端直连，制冷单元的压缩组件与冷板壳体1的冷媒出口4相连。在实际运行时，高压液态冷媒（如氟利昂）从制冷单元的冷凝器直接进入至冷媒管道2内，由于小孔21的节流作用，因此可节省节流部件；液态冷媒经小孔21喷射出来后冲击到空腔13的内壁上，吸收变流器5的能量后剧烈沸腾为气态，经冷媒出口4排出至制冷单元的压缩机内。本发明的冷却系统结构简单紧凑且换热效率高。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于轨道交通的射流两相换热冷板，其特征在于，包括外表面与轨道交通发热部件的发热面相贴合的冷板壳体（1），所述冷板壳体（1）内部设置有空腔（13），所述冷板壳体（1）上开设有与空腔（13）相连的冷媒入口（3）和冷媒出口（4），所述空腔（13）内设置有一端封闭的冷媒管道（2），所述冷媒管道（2）的另一端经冷媒入口（3）伸出至冷板壳体（1）外部并与发热部件的制冷单元相连用于通入高压液态冷媒，所述冷板壳体（1）内部的冷媒管道（2）上开设有朝向于所述发热部件发热面的小孔（21）。

2.根据权利要求1所述的用于轨道交通的射流两相换热冷板，其特征在于，所述冷媒管道（2）呈“S”形分布在所述空腔（13）内。

3.根据权利要求1或2所述的用于轨道交通的射流两相换热冷板，其特征在于，所述冷媒管道（2）为铜管。

4.根据权利要求3所述的用于轨道交通的射流两相换热冷板，其特征在于，所述铜管的外径为5～7mm，壁厚为1mm。

5.根据权利要求4所述的用于轨道交通的射流两相换热冷板，其特征在于，所述小孔（21）的孔径为0.1～0.5mm。

6.一种用于轨道交通的冷却系统，包括制冷单元，其特征在于，还包括如权利要求1至5中任意一项所述的射流两相换热冷板，所述制冷单元的冷凝组件与伸出冷媒入口（3）的冷媒管道（2）的一端直连，所述制冷单元的压缩组件与冷板壳体（1）的冷媒出口（4）相连。

7.根据权利要求6所述的用于轨道交通的冷却系统，其特征在于，所述制冷单元的冷媒为氟利昂。