CN109435993B - 一种走行风冷却系统及轨道列车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种走行风冷却系统，换热水槽固定设置于车身侧墙表面，换热水槽上安装导热模块，换热水槽连接于热源，热源将高温冷却水经过进水管送入换热水槽，换热水槽与导热模块下部发生热交换，导热模块内设置气液冷媒，液态的冷媒位于导热模块底部，液态的冷媒吸收换热水槽中高温冷却水的热量，使换热水槽中的水降低形成低温冷却水，低温冷却水经过回水管回流至热源循环使用。导热模块的下部与换热水槽接触用于热交换，导热模块的上部外露，并与车身侧墙接触实现热交换，将热量传递到车身侧墙，增大散热面积，侧墙随着车身移动迎风实现风冷。本发明的走行风冷却系统利用车身行走时产生的气流进行降温冷却，可极大地降低强迫风冷产生的噪音。

Description

一种走行风冷却系统及轨道列车

技术领域

本发明涉及冷却设备技术领域，更进一步涉及一种走行风冷却系统。此外，本发明还涉及一种轨道列车。

背景技术

通风冷却是轨道车辆的重要组成部分，用于对牵引系统的主变压器、主变流柜、牵引电机等设备进行冷却，确保牵引系统安全运行。目前，轨道车辆牵引系统的散热方式大多采用强迫风冷，如牵引电机采用强迫风冷，牵引变流器、牵引变压器采用复合冷却技术。

随着轨道车辆应用技术快速发展，多流制电力机车等技术逐步应用，牵引系统损耗逐步加大，为保证牵引系统安全可靠运行，需要配置多个大功率通风机对牵引系统进行冷却，通风机体积大、能耗高且噪音大，若仅对通风机进行提效、降噪技术的研究，对冷却效果和降噪提升效果有限。

随着人们节能环保意识不断增强，对噪声的危害性认识不断深入，轨道装备冷却装置的节能和噪音问题越来越受到人们的重视，对于本领域的技术人员来说，如何设计一种噪音小、冷却效果好的冷却设备，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种走行风冷却系统能够利用车身行走时的风力进行冷却，降低噪音，提高舒适性，具体方案如下：

一种走行风冷却系统，包括固定设置于车身侧墙表面的换热水槽，所述换热水槽上安装导热模块，所述导热模块的下部与所述换热水槽接触用于热交换，所述导热模块的上部能够与车身侧墙接触进行热交换；

所述导热模块内设置气液冷媒，所述导热模块吸收所述换热水槽的热量使液态冷媒汽化；

所述换热水槽连接于热源，高温冷却水从所述热源经过进水管流向所述换热水槽，换热冷却后的低温冷却水经过回水管回流至所述热源。

可选地，所述换热水槽和所述导热模块通过导热胶固定设置在车身侧墙的内表面。

可选地，车身侧墙外表面为锯齿形或波浪形。

可选地，所述换热水槽的厚度方向上竖向开设插装通道，所述导热模块的下部插装固定于所述插装通道内。

可选地，所述换热水槽上平行插装至少两个所述导热模块。

可选地，所述换热水槽内部设置导向冷却水的环形水道，所述导热模块贯穿所述环形水道，所述环形水道中循环流动的冷却水至少与所述导热模块两次接触。

可选地，所述进水管连接于所述环形水道的底部，所述回水管连接于所述环形水道的顶部。

可选地，所述环形水道呈椭圆环形，主体呈横向延伸分布；所述进水管和所述回水管连接于所述环形水道横向的中部。

可选地，所述换热水槽的中部垂直于车身侧墙表面的方向贯通开设避空通槽。

本发明还提供一种轨道列车，包括上述任一项所述的走行风冷却系统。

本发明提供了一种走行风冷却系统，换热水槽固定设置于车身侧墙表面，换热水槽上安装导热模块，换热水槽连接于热源，热源将高温冷却水经过进水管送入换热水槽，换热水槽与导热模块下部发生热交换，导热模块内设置气液冷媒，液态的冷媒位于导热模块底部，液态的冷媒吸收换热水槽中高温冷却水的热量，使换热水槽中的水降低形成低温冷却水，低温冷却水经过回水管回流至热源循环使用。导热模块的下部与换热水槽接触用于热交换，导热模块的上部外露，并与车身侧墙接触实现热交换，将热量传递到车身侧墙，增大散热面积，侧墙随着车身移动迎风实现风冷。

本发明的走行风冷却系统利用车身行走时产生的气流进行降温冷却，可极大地降低强迫风冷产生的噪音。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明提供的走行风冷却系统的原理图；

图2为图1中A-A方向的剖面结构图；

图3为本发明中走行风冷却系统一种具体设置方案的整体示意图。

图中包括：

换热水槽1、环形水道11、避空通槽12、导热模块2、热源3、进水管31、回水管32。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种走行风冷却系统能够利用车身行走时的风力进行冷却，降低噪音，提高舒适性。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的走行风冷却系统进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本发明提供的走行风冷却系统的原理图；该系统包括固定设置于车身侧墙表面的换热水槽1，换热水槽1内部中空，可容纳冷却水，换热水槽1与车身固定，随车身同步移动。

换热水槽1上安装导热模块2，导热模块2的下部与换热水槽1接触用于热交换，导热模块2的下部吸收换热水槽1的热量，将热量向上传递；导热模块2的上部外露，暴露在空气中，与车身侧墙接触，可实现热交换，导热模块2中的热量传递到面积更大的车身侧墙上，当车身行进时与空气相对运动形成气流，加速侧墙表面的空气流速，与空气发生热交换，利用车身的走行风实现冷却。

在导热模块2内设置气液冷媒，导热模块2吸收换热水槽1的热量汽化；气液冷媒通过相变吸热和放热，可处于液态或气态；当冷媒为液态时，在重力作用下集聚在导热模块2的底部，与换热水槽1发生热交换，液态的冷媒吸收热量后汽化为气体，气体快速上升，高温气体到达导热模块2的上部，上部与车身侧墙接触，将热量传导至车身侧墙，车身侧墙位于空气中，受到走行风产生的气流吹动，与外部的冷空气发生热交换，热量传递到外部的空气中被带走；气态的冷媒放热重新变为液态，在重力的作用下重新向下流动，汇聚到导热模块2的底部，如此往复循环。

换热水槽1连接于热源3，冷却水对热源降温，吸收热源的热量，高温冷却水从热源3经过进水管31流向换热水槽1，在进水管31上可设置水泵，将热源处的冷却水泵送到换热水槽1，在换热水槽1内与导热模块2发生热交换后降温，换热冷却后的低温冷却水经过回水管32回流至热源3，重新对热源进行降温，如此循环。

本发明的走行风冷却系统利用车身运动时产生的气流进行冷却，因而不会产生多余的噪音，可极大地降低强迫风冷产生的噪音，也不需要额外水泵能源，节能环保。换热水槽1位于车厢前进方向的左右两侧壁上；当车辆保持恒定的速度运动时产生恒定的风速，使散热效果保持相对恒定。

具体地，本发明中换热水槽1和导热模块2的上部与车身侧墙内表面贴合固定，可采用导热性能良好的导热胶进行固定，加速热量传递的速率。固定在侧墙内表面使换热水槽1和导热模块2位于车厢内部，免受外部风雨侵蚀；除了固定在车身侧墙内表面之外，也可将换热水槽1和导热模块2固定在车身侧墙的外表面，气流直接吹动换热水槽1和导热模块2，这些具体的设置形式均应受到本发明的保护。

更进一步，为了使导热模块2与车身接触面积更大，具有更高的导热效率，本发明将车身侧墙外表面为锯齿形或波浪形，通过车身侧墙外表面设置的起伏结构提高与外界空气的接触面积。可以想到的是，也可在车身侧墙外表面设置散热翅片等结构。

在上述方案的基础上，本发明中换热水槽1的厚度方向上竖向开设插装通道，导热模块2的下部插装固定于插装通道内；如图2所示，为图1中A-A方向的剖面结构图，图中左侧为外表面，右侧为内表面，在换热水槽1中从上向下开槽设置盲孔，底部未完全贯通，插装通道的尺寸略大于导热模块2的尺寸，导热模块2的外表面与插装通道的内表面相互接触，导热模块2的下部被换热水槽1所包围，四周均可与换热水槽1接触，增加换热部分面积，提高换热效率，如图2所示，由于换热水槽1与车身侧墙具有高度差，导热模块2在交界处平滑弯曲设置。当然，也可使导热模块2部分外表面与车身侧墙表面贴合，其余部分与换热水槽1接触，这些具体的设置方案均应包含在本发明的保护范围之内。

优选地，本发明在换热水槽1上平行插装至少两个导热模块2，也即一个换热水槽1上插装两个或更多导热模块2，通过一个换热水槽1固定多个导热模块；如图3所示，为本发明中走行风冷却系统一种具体设置方案的整体示意图，一个换热水槽1内安装多个导热模块2，在车身一面侧墙上可仅设置一个换热水槽1，换热水槽1呈横向分布，与车身前进的方向相平行，导热模块2竖向平行设置，仅通过一条进水管31和一条回水管32与热源3相连，简化了布置。当然，也可设置两个或更多数量的换热水槽1，只要能够实现与导热模块2换热冷却即可。

在上述任一技术方案及其相互组合的基础上，本发明中换热水槽1内部设置环形水道11，通过环形水道11限定冷却水的流向，冷却水循环流动后从回水管32流出，对冷却水的流向进行限定，可使冷却水循环有序流动，若仅设置一个大空腔，局部冷却水可能无法换热，难以充分对冷却水进行冷却，通过环形水道，冷却水沿特定的方向流动，在流动过程中与导热模块2接触发生换热，可保证冷却水均能实现换热。

导热模块2竖向贯穿环形水道11，环形水道11中循环流动的冷却水至少与导热模块2两次接触，实现多次换热。如图3所示，其中环形水道11中的冷却水大致呈椭圆形流动，导热模块2竖向两次穿过环形水道11，导热模块2与两个不同位置的冷却水发生热交换，提高换热效率。

需要注意的是，环形水道11并不仅限于椭圆环形，还可采用S形等其他形状设计，导热模块也可更多次穿过环形水道，本发明不再一一列举，这些具体设置方案均应受到本发明的保护。

优选地，如图3所示，本发明中进水管31连接于环形水道11的底部，回水管32连接于环形水道11的顶部，底部的液态冷媒集聚，刚从进水管31中流出的冷却水温度较高，从底部流入可与更多的液态冷媒发生热交换，最大程度实现降温。冷却水从底部循环流动到上部后，温度已经下降，通过顶部液态冷媒进一步降温，提高冷却效果。

图3中所示，环形水道11呈椭圆环形，主体呈横向延伸分布，横向长度较大，竖向长度较小。进水管31和回水管32连接于环形水道11横向的中部，进水管31连接于椭圆环形的环形水道11下方流道中部，回水管32连接于椭圆环形的环形水道11上方流道中部，从进水管31流入的冷却水可分别向两侧流动，分为两路流动，使冷却水分布均匀，提高冷却速率。

换热水槽1的中部垂直于车身侧墙表面的方向贯通开设避空通槽12，避空通槽12贯通设置，换热水槽1的中间部分掏空设置，避空通槽12的侧壁也可环形水道11的侧壁，减轻了换热水槽1的重量，减少用料。除了通过设置避空通槽12设置环形水道11之外，避空通槽12处也可通过实心结构代替。

本发明中的导热模块2为导热金属制成的板状夹层，可采用铝、铜、铝合金等导热效果优良的材料制成，导热模块2呈扁平的板块状，主要由两块平板围成，形成扁平的夹层，中间填充可发生气相、液相转换的气液冷媒。

本发明还提供一种轨道列车，包括上述的走行风冷却系统，如图3所示，当车身向左行进时，行车时的气流向右吹动，通过轨道车辆表面的气流进行散热，将体积小、发热集中的热源，如牵引系统等，利用水冷循环和冷媒导热的结构，导入大体积、大面积的侧墙上，再利用行车表面气流进行冷却，实现传热的优化，实现无功耗自然冷却，部分取代风冷或水冷方式，达到节能、降噪的目的。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种走行风冷却系统，其特征在于，包括固定设置于车身侧墙表面的换热水槽(1)，所述换热水槽(1)上安装导热模块(2)，所述导热模块(2)的下部与所述换热水槽(1)接触用于热交换，所述导热模块(2)的上部能够与车身侧墙接触进行热交换；

所述导热模块(2)为导热金属制成的板状夹层；所述导热模块(2)内设置气液冷媒，所述导热模块(2)吸收所述换热水槽(1)的热量使液态冷媒汽化；

所述换热水槽(1)连接于热源(3)，高温冷却水从所述热源(3)经过进水管(31)流向所述换热水槽(1)，换热冷却后的低温冷却水经过回水管(32)回流至所述热源(3)；

所述换热水槽(1)内部设置导向冷却水的环形水道(11)，所述导热模块(2)贯穿所述环形水道(11)，所述环形水道(11)中循环流动的冷却水至少与所述导热模块(2)两次接触。

2.根据权利要求1所述的走行风冷却系统，其特征在于，所述换热水槽(1)和所述导热模块(2)通过导热胶固定设置在车身侧墙的内表面。

3.根据权利要求2所述的走行风冷却系统，其特征在于，车身侧墙外表面为锯齿形或波浪形。

4.根据权利要求1所述的走行风冷却系统，其特征在于，所述换热水槽(1)的厚度方向上竖向开设插装通道，所述导热模块(2)的下部插装固定于所述插装通道内。

5.根据权利要求4所述的走行风冷却系统，其特征在于，所述换热水槽(1)上平行插装至少两个所述导热模块(2)。

6.根据权利要求5所述的走行风冷却系统，其特征在于，所述进水管(31)连接于所述环形水道(11)的底部，所述回水管(32)连接于所述环形水道(11)的顶部。

7.根据权利要求6所述的走行风冷却系统，其特征在于，所述环形水道(11)呈椭圆环形，主体呈横向延伸分布；所述进水管(31)和所述回水管(32)连接于所述环形水道(11)横向的中部。

8.根据权利要求5所述的走行风冷却系统，其特征在于，所述换热水槽(1)的中部垂直于车身侧墙表面的方向贯通开设避空通槽(12)。

9.一种轨道列车，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的走行风冷却系统。

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