CN107182186A - 具有冷却系统的铁路车辆牵引箱,应用方法和铁路车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁路车辆的牵引箱，所述牵引箱包括：电气设备部件；和冷却装置，所述冷却装置包括：第一和第二流体回路，所述第一和第二流体回路分别穿过具有所述电气设备部件的第一和第二热交换区域；和第一和第二热交换器，所述第一和第二热交换器分别被所述第一和所述第二流体回路穿过并且允许所述流体和第一气流之间的热交换。流体回路包括用于流体循环的第一共用管道，所述第一共用管道穿过第一交换器，然后被连接至并行的第二和第三管道，第二管道属于第二流体回路并且首先穿过第二交换器，然后穿过第二热交换区域。

Description

具有冷却系统的铁路车辆牵引箱,应用方法和铁路车辆
技术领域
本发明涉及铁路车辆的牵引箱，该牵引箱包括第一电气设备部件和第二电气设备部件，和能够除去由所述第一电气设备部件和第二电气设备部件散发的热量的冷却装置，该冷却装置包括：第一流体回路和第二流体回路，所述第一流体回路和第二流体回路分别穿过具有第一电气设备部件和第二电气设备部件的热交换区域，第一流体回路和第二流体回路中的每一个形成闭环；和第一热交换器和第二热交换器，所述第一热交换器和第二热交换器分别被所述第一流体回路和所述第二流体回路穿过并且允许在所述流体和第一气流之间进行热交换。
本发明适用于铁路运输领域，尤其是电力牵引车辆，例如机车和自行式机器。
背景技术
《牵引箱》从本发明的意义上而言是指牵引车辆的意在控制所述车辆的牵引电动机的那部分。
冷却装置通常意在冷却电气设备的部件的一部分，例如功率模块或变压器，以便避免电气设备的所述部件过热。
对于高功率牵引箱来说，借助冷却器例如空气/空气型热交换器难以充分地冷却电气设备的部件的室温。实际上，除了由所述设备的部件散发的大量的热量，牵引箱一般被安装在技术服务室，该技术服务室的室温由于其他电气装置的存在而增加。
尤其从文献US2007/0051490中，借助冷却流体回路冷却电气设备部件是众所周知的，所述冷却流体通过室外气流冷却自身。
具体地讲，文献US2007/0051490告知了两种不同的冷却流体回路，以便促进电气设备的某些部件相对于另一些部件的冷却。
发明内容
本发明的目的在于提出一种制造简单的牵引箱，同时允许以优先的方式调节所述箱的电气设备的某些部件的冷却。
为此目的，本发明的目的在于一种前面提到的类型的牵引箱，其中：第一流体回路和第二流体回路包括用于流体的循环的第一共用管道，所述第一共用管道穿过第一热交换器；和在所述第一热交换器的输出处，所述第一管道被连接至用于流体循环的并行的第二管道和第三管道，所述第二管道属于第二流体回路，所述第二回路首先穿过第二热交换器，然后穿过具有第二电气设备部件的热交换区域。
根据本发明的其他有利方面，牵引箱包括以下特征中的一个或多个，所述特征被单独地或根据所有技术上可能的组合进行采用：
-冷却装置进一步包括用于调节并行的第二管道和/或第三管道中的流体的流速的装置；
-调节装置和第二管道与第三管道被构造成在第二管道中的流速低于在第三管道中的流速；
-具有第一电气设备部件的热交换区域布置在用于流体循环的第一共用管道上；
-具有第一电气设备部件的热交换区域利用在第一流体回路上并行布置的至少两个热交换单元形成；
-牵引箱包括能够产生第一气流的第一风机，所述第一气流穿过第一热交换器和第二热交换器；
-牵引箱被构造成使得第一热交换器和第二热交换器在第一气流中并行布置；
-牵引箱包括封闭舱，第一电气设备部件和第二电气设备部件位于该封闭舱中，所述封闭舱与第一气流隔离；
-冷却装置包括能够产生朝向第二电气设备部件的第二气流的第二风机，具有第二电气设备部件的热交换区域包括布置在第二风机和第二电气设备部件之间的第三热交换器，第三交换器因而能够使得所述第二电气设备部件上游的第二气流冷却。
本发明进一步涉及应用如上文所述的牵引箱的方法，该方法包括以下步骤：在第一共用管道中循环的传热流体穿过第一热交换器，然后所述传热流体的温度通过与第一气流的热交换而降低直到所述第一热交换器的第一输出值；然后，所述传热流体的第一部分和第二部分分别在并行的第二管道和第三管道中循环，传热流体的第一部分穿过第二热交换器，然后所述传热流体的温度通过与第一气流的热交换而降低直到第二值，所述传热流体的所述部分然后穿过具有第二电气设备部件的热交换区域；并且，传热流体或传热流体的第二部分以大于第二值的温度穿过具有第一电气设备部件的热交换区域。
本发明进一步涉及一种铁路车辆，所述铁路车辆包括由如上文所述的牵引箱控制的至少一个牵引电动机。
附图说明
通过阅读以下仅作为非限制的示例给出并参考附图作出的说明，将会更好地理解本发明，在附图中：
-图1为根据本发明的实施例的牵引箱的示意图；和
-图2为用于调节图1的牵引箱的电子模块的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的铁路车辆的牵引箱10的示意性正视图。
箱10包括封闭舱12和通风管柱14。箱10还包括布置在封闭舱12中的第一电气设备部件16,17和第二电气设备部件18。
箱10进一步包括冷却装置20，冷却装置20能够除去散发的热量，尤其通过所述第一电气设备部件16,17和第二电气设备部件18散发在封闭舱12中的热量。
冷却装置20布置在封闭舱12中和通风管柱14中。
封闭舱12通过在图1中以虚线表示的罩22限定。优选地，罩22是气密的。因此，所述罩22内部存在的空气被限制在封闭舱12中。
第二电气设备部件18优选地包括如下元件，对于该元件，使之保持在合适的温度对牵引箱10的操作来说是必不可少的。在图1中示出的实施例中，第二电气设备部件18是用于控制铁路车辆的牵引电动机的单元。
第一电气设备部件16,17优选地包括如下元件，对于该元件，使之保持在合适的温度的优先级对于牵引箱10的操作来说比第二电气设备部件18的优先级低。第一电气设备部件16,17例如包括回路，该回路用于处理源于铁路车辆外部的电能来源例如接触网的电流。
通风管柱14包括通风管道24，通风管道24例如垂直地穿过牵引箱10。管道24包括空气入口26和空气出口28，所述入口和出口打开至箱10的外侧。
通风管柱14进一步包括第一风机30，第一风机30能够在通风管道24的入口26和出口28之间产生外部气流32。
冷却装置20包括布置在通风管道24中的第一热交换器34和第二热交换器36。第一热交换器34和第二热交换器36是空气/流体型热交换器，优选地是空气/液体型热交换器。例如，第一热交换器34和第二热交换器36是具有翅片的散热器或者是板式或小棒式热交换器。
优选地，第一热交换器34的功率明显大于第二热交换器36的功率。具体地讲，第一热交换器34的热交换表面明显大于第二热交换器36的热交换表面。例如，第二热交换器36和第一热交换器34之间的热交换表面的比率介于5％和10％之间。
优选地，第一热交换器34和第二热交换器36在通风管道24中并行布置。因此，外部气流32包括两部分，这两部分的每一个穿过所述第一交换器34和第二交换器36中的单个。所述第一交换器34和第二交换器36优先地以单块的方式制造，并且例如被水平地、并排地布置在管道24中。
冷却装置20进一步包括第三热交换器38,39，第三热交换器38,39能够驱散由第一电气设备部件16,17产生的热量。所述第三热交换器布置在封闭舱12中。如下文所述，第三热交换器38,39中的每一个能够被传热流体回路穿过。
第三热交换器38,39中的每一个是例如水板式的冷却器或散热器，与第一电气设备部件16,17之一热接触，以便通过在水回路中传导来驱散由所述电气设备部件发出的热量。
第三热交换器38,39限定具有第一电气设备部件16,17的热交换区域。
在图1中示出的实施例中，箱10包括多个第三热交换器38,39。在未示出的替换例中，箱10包括配备有第一电气设备部件16,17之一的单个第三热交换器。
冷却装置20进一步包括布置在封闭舱12中的第四热交换器40。所述第四热交换器40能够被传热流体回路穿过。
第四热交换器40能够驱散由第二电气设备部件18产生的热量。所述第四热交换器40进一步给出了通过将来自环境空气的卡路里传递到水回路来冷却箱10的环境温度的可能性。
第四热交换器40限定具有第二电气设备部件18的热交换区域。
在图1中示出的实施例中，第四热交换器40是空气/流体型热交换器，优选地是空气/液体型热交换器。在未示出的替换例中，第四热交换器40是与第二电气设备部件18热接触的散热器。
在图1中示出的实施例中，冷却装置20进一步包括布置在封闭舱12中的第二风机42。第二风机42能够在第四热交换器40和第二电气设备部件18之间产生内部气流44。
作为未示出的替代例，箱10包括多个第四热交换器，第四热交换器配备有如之前所限定的多个第二电气设备部件。
冷却装置20进一步包括传热流体回路50。回路50是牵引箱10内部的闭合回路。回路50能够使得传热流体在封闭舱12和通风管柱14之间循环。
尤其，回路50包括循环泵52，循环泵52能够使传热流体沿着循环的方向运动。传热流体优选地是液体，例如与添加剂例如乙二醇混合的水。
回路50包括限定在入口56和出口58之间的第一流体管道54。第一热交换器34布置在第一管道54上。在图1的实施例中，循环泵52也布置在第一管道54上。
在出口58处，回路50被再分成并行布置的第二管道60和第三管道62。所述第二管道60和第三管道62在收集点64连接在一起。
第二管道60相继地通过位于通风管柱14中的第二热交换器36，然后在与收集点64汇合之前通过位于封闭舱12中的第四热交换器40。
回路50包括用于调节第二管道60和第三管道62之间的传热流体的流速的比率的装置66。优选地，调节装置66和第二管道60与第三管道62被构造成在第二管道60中的速率低于在第三管道62中的速率。
在图1中示出的实施例中，调节装置66是位于第二管道60上的隔膜型装置。隔膜66将传热流体的流速的固定比率强加在第二管道60和第三管道62之间。
根据未示出的替换例，调节装置66是位于第一流体管道54的出口58处的三通阀类型的装置，其给出了改变流速的比率的可能性。
优先地，回路50进一步包括传热流体的一个或多个温度探针68。所述探针例如位于第二管道60上，在第四热交换器40的上游和/或下游。优选地，探针被直接布置在收集点64的下游，以便控制第三热交换器38,39的入口处的温度。在图1的实施例中，在收集点64和第一管道54的入口56之间，管道50包括并行布置的多个分支70,71。并行分支70,71中的每一个穿过与第一电气设备部件16,17相关的第三热交换器38,39之一。
根据未示出的替换例，穿过第三热交换器38,39的并行分支70,71形成在收集点64上游的第三管道62的一部分。
根据未示出的另一替换例，第三热交换器38,39或者所述第三热交换器38,39中的一些在回路50上串联地布置。
根据本发明的实施例，图1的箱10进一步包括在图2中被示意性地示出的电子调节模块80。根据所述实施例，调节装置66是电磁阀型调节装置，其能够改变第二管道60和第三管道62之间的流速。
尤其，电子模块80包括微处理器82，程序存储器84和至少一个通信总线86。通过接口88，模块80在调节装置66处可选地在循环泵52处和/或在第一风机30处和/或在第二风机处被连接至所述温度探针68。
程序90被存储在存储器84中的记忆体中。尤其，对于第二管道60中的传热流体的流速，程序90能够根据由探针68测量的温度或温度差来调整调节装置66。可选地，程序90还能够控制循环泵52的运行，和/或调节第一风机30和/或第二风机42的旋转速度。
根据本发明的另一实施例，图1的箱10不包括任何调节电子器件，尤其是在调节装置66是隔膜型固定装置时的情况下。
现在将描述用于操作牵引箱10的方法。第一电气设备部件16,17和第二电气设备部件18的操作导致所述电气设备部件的温度的增加，这种增加由于所述部件被限制在封闭舱12中而加强。
为了避免所述电气设备部件过热，由第一风机30产生的外部气流32使得穿过第一热交换器34的传热流体冷却。据知，在所述第一热交换器34的出口58处，传热流体在第一温度T1。这里，所述第一温度T1大于在空气管道24的入口26处的外部气流的温度。
在出口58的下游，通过调节装置66在第二管道60和第三管道62之间分配传热流体。在第二管道60中循环的流体穿过第二热交换器36。优选地，穿过第二交换器36的流体的流速明显小于穿过第一交换器34的流体的流速；第二热交换器36和第一热交换器34之间的流体的流速的比率尤其介于3％和10％之间。例如，第二管道60中的流速是10L/min,而第三管道62中的流速是210L/min。
在具有这种低流速的有利的方式中，在第二热交换器36的出口处传热流体的温度获得的值T2小于T1。
在第二管道60中循环的传热流体然后穿过第四热交换器40并且在内部气流44与第二电气设备部件18接触之前使所述内部气流冷却。由此冷却的所述内部气流44更高效地进行通过对流使得所述第二电气设备部件18冷却。
在较低温度T2的第二管道60的传热流体因此被用于冷却电气设备部件18，电气设备部件18被看作箱10中的优先项。
在第四热交换器40的下游，第二管道60和第三管道62的传热流体在收集点64处聚集。所述流体然后穿过第三热交换器38,39，以便冷却第一电气设备部件16,17，第一电气设备部件16,17被看作具有较低的优先级。在所述第三热交换器38,39的输入处，传热流体的温度明显大于T2。
在第三热交换器38,39的出口处，传热流体在第一管道54的入口56处聚集，以便与第一热交换器34汇合。
可选地，封闭舱12的内部布局被构造成使得内部气流44在已经冷却第二电气设备部件18之后围绕第一电气设备部件16,17循环。内部气流44因而有助于通过对流使得所述第一电气设备部件16，17冷却。
根据本发明的实施例，以上所述的操作方法通过以上所述的电子模块80的程序90来应用。可选地，根据通过所述温度探针68测量的温度，程序90实时改变调节装置66的调整，和/或泵52的流速，和/或第一风机30和/或第二风机42的速度。
如上文所述的牵引箱10可通过修改而获得，容易地应用在目前的包括封闭舱12和通风管柱14的牵引箱上。例如，第一热交换器34和第二热交换器36可以以单块的方式制造，这便于它们在通风管道24中的安装。

Claims (11)

1.铁路车辆的牵引箱(10)，包括：
-第一电气设备部件(16,17)和第二电气设备部件(18)，和
-冷却装置(20)，所述冷却装置(20)能够除去由所述第一电气设备部件和第二电气设备部件散发的热量，
所述冷却装置包括：
-第一流体回路(54,62,70,71)和第二流体回路(54,60,70,71)，所述第一流体回路(54,62,70,71)和第二流体回路(54,60,70,71)分别穿过具有第一电气设备部件(38,39)和第二电气设备部件(40)的热交换区域，第一流体回路和第二流体回路中的每一个形成闭环；和
-第一热交换器(34)和第二热交换器(36)，所述第一热交换器(34)和第二热交换器(36)分别被所述第一流体回路(54)和所述第二流体回路(60)穿过并且允许在所述流体和第一气流(32)之间的热交换，
所述牵引箱的特征在于：
-第一流体回路和第二流体回路包括用于流体循环的第一共用管道(70,71,54)，所述第一共用管道(70,71,54)穿过第一热交换器(34)；和
-在所述第一热交换器的出口(58)处，所述第一管道被连接至与流体的循环并行的第二管道(60)和第三管道(62)，所述第二管道(60)属于第二流体回路，所述第二管道首先穿过第二热交换器(36)，然后穿过具有第二电气设备部件(18)的热交换区域(40)。
2.根据权利要求1所述的牵引箱，其中冷却装置(20)进一步包括用于调节并行的第二管道(60)和/或第三管道(62)中的流体的流速的装置(66)。
3.根据权利要求2所述的牵引箱，其中调节装置(66)和第二管道(60)与第三管道(62)被构造成在第二管道(60)中的流速低于在第三管道(62)中的流速。
4.根据权利要求1或2所述的牵引箱，其中具有第一电气设备部件的热交换区域(38,39)布置在用于流体循环的第一共用管道(70,71)上。
5.根据权利要求1或2所述的牵引箱，其中具有第一电气设备部件的热交换区域利用在第一流体回路上并行(70,71)布置的至少两个热交换单元(38,39)形成。
6.根据权利要求1或2所述的牵引箱，所述牵引箱包括能够产生第一气流(32)的第一风机(30)，所述第一气流穿过第一热交换器(34)和第二热交换器(36)。
7.根据权利要求6所述的牵引箱，所述牵引箱被构造成使得第一热交换器(34)和第二热交换器(36)在第一气流(32)中并行布置。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的牵引箱，所述牵引箱包括封闭舱(12)，第一电气设备部件(16,17)和第二电气设备部件(18)位于所述封闭舱(12)中，所述封闭舱与第一气流(32)隔离。
9.根据权利要求1或2所述的牵引箱，其中冷却装置包括第二风机(42)，所述第二风机(42)能够产生朝向第二电气设备部件(18)的第二气流(44)，
第二电气设备部件之间的热交换区域包括布置在第二风机和第二电气设备部件(18)之间的第三热交换器(40)，所述第三交换器因此能够冷却在所述第二电气设备部件上游的第二气流。
10.一种应用根据权利要求1或2所述的牵引箱(10)的方法，包括以下步骤：
-在第一共用管道(54)中循环的传热流体穿过第一热交换器(34)，然后所述传热流体的温度通过与第一气流(32)的热交换而降低直至在所述第一热交换器的出口(58)处的第一值(T1)；然后
-所述传热流体的第一部分和第二部分分别在并行的第二管道(60)和第三管道(62)中循环，
传热流体的第一部分穿过第二热交换器(36)，然后所述传热流体的温度通过与第一气流(32)的热交换而降低直至第二值(T2)，所述第一传热流体部分然后穿过具有第二电气设备部件(18)的热交换区域(40)；
和
-传热流体或传热流体的第二部分的以大于第二值(T2)的温度穿过具有第一电气设备部件(16,17)的热交换区域(38,39)。
11.一种铁路车辆，所述铁路车辆包括通过权利要求1或2所述的牵引箱(10)控制的至少一个牵引电动机。
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