CN110708919B - 冷却系统、牵引变流器及轨道车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冷却系统、牵引变流器及轨道车辆。其中，冷却系统包括基体以及冷却装置；基体内形成有用于容纳冷却介质的容纳腔，基体上还形成有用于吸收功率单元所散发的热量的吸热面；基体与冷却装置之间连通有第一管路和第二管路，冷却介质吸收热量后变为气态，并经过第一管路进入冷却装置，冷却装置用于冷却冷却介质，以使冷却介质变为液态，并经由第二管路回流至基体。本发明提供的冷却系统、牵引变流器及轨道车辆，基体可以用于冷却功率单元，冷却介质可以在基体和冷却装置之间循环，冷却介质的循环过程只依靠冷却介质的相变吸收热量做功来推动循环，无需外加动力，耗能少且噪声低。
Description
技术领域
本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种冷却系统、牵引变流器及轨道车辆。
背景技术
随着轨道车辆运输需求的发展，高速动车组作为一种安全、快捷、节能、绿色、智能的一种轨道运输工具得到快速发展。牵引变流器作为轨道车辆的关键部件，其主要功能是把来自接触网上的单相高压交流电转换为电压频率可调节的三相交流电，供轨道车辆运行使用。牵引变流器在工作过程中会产生大量的热，如何冷却成为牵引变流器的关键技术。
现有技术中，牵引变流器的冷却单元包括：水冷基板、风机、水泵、管路以及散热器。冷却单元中盛有大量的低温水，牵引变流器可以具有发热的功率单元，功率单元可以安装在水冷基板上，从而可以通过低温水吸收功率单元热量，低温水可以变为高温水。水泵可以使水在散热器、水冷基板及管路之间形成循环，其将经过水冷基板后的高温水泵入散热器，风机可以将高温水在散热器中经过散热变为低温水，重新回到水冷基板，在水路系统中循环。
但是，现有技术中的冷却单元工作时，需要依靠水泵作为动力驱动水循环，工作压力大冷却液容易泄露、换热效率低冷却装置大、冷却介质绝缘性差防火性能差、系统部件多可靠性低。
发明内容
本发明提供一种冷却系统、牵引变流器及轨道车辆，以克服现有技术中牵引变流器的冷却效率低可靠性低的问题。
本发明提供一种冷却系统，包括：基体以及冷却装置。
所述基体内形成有用于容纳冷却介质的容纳腔，所述基体上还形成有用于吸收功率单元所散发的热量的吸热面。
所述基体与所述冷却装置之间连通有第一管路和第二管路，所述冷却介质吸收热量后变为气态，并经过第一管路进入所述冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述冷却介质，以使所述冷却介质变为液态，并经由所述第二管路回流至所述基体。
如上所述的冷却系统，其中，所述基体形成有用于与所述功率单元接触的安装面，所述安装面构成所述吸热面。
如上所述的冷却系统，其中，所述基体的数量为多个，多个所述基体分别用于与多个功率单元接触。
如上所述的冷却系统，其中，所述第一管路包括第一总管路和多个第一分支管路，所述第一总管路的一端与所述冷却装置连接，另一端与多个所述第一分支管路的一端连接；每个所述第一分支管路的另一端与一个所述基体连接。
如上所述的冷却系统，其中，所述第二管路包括第二总管路和多个第二分支管路，所述第二总管路的一端与所述冷却装置连接，另一端与多个所述第二分支管路的一端连接；每个所述第二分支管路的另一端与一个所述基体连接。
如上所述的冷却系统，其中，所述冷却装置包括热交换器及风机；所述热交换器内形成有用于容纳冷却介质的热交换腔，所述第一管路和所述第二管路背离所述基体的一端分别与所述热交换腔连通；所述风机设置在所述热交换器外，所述风机用于吹出风流。
如上所述的冷却系统，其中，所述第一管路连接在所述热交换腔沿垂向的顶部，所述第二管路连接在所述热交换腔沿垂向的底部。
如上所述的冷却系统，其中，所述风机的数量为多个，多个所述风机间隔设置在所述热交换器的外围。
本发明提供一种牵引变流器，包括功率单元和如上所述的冷却系统，所述冷却系统用于冷却所述功率单元。
本发明提供一种轨道车辆，包括车身以如上所述的牵引变流器；所述牵引变流器设置在所述车身内。
本发明提供的冷却系统、牵引变流器及轨道车辆，通过包括：基体以及冷却装置；基体内形成有用于容纳冷却介质的容纳腔，基体上还形成有用于吸收功率单元所散发的热量的吸热面；基体与冷却装置之间连通有第一管路和第二管路，冷却介质吸收热量后变为气态，并经过第一管路进入冷却装置，冷却装置用于冷却冷却介质，以使冷却介质变为液态，并经由第二管路回流至基体。整个冷却介质的循环过程只依靠冷却介质的相变吸收热量做功来推动循环，无需外加动力，耗能少且噪声低。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明不局限于下述的具体实施方式。
图1为本发明冷却系统实施例一的结构示意图；
图2为本发明功率单元的结构示意图；
图3为本发明冷却系统实施例二的结构示意图。
附图标记说明：
1：基体；
11：安装面；
2：冷却装置；
21：热交换器；
22：风机；
3：第一管路；
31：第一总管路；
32：第一分支管路；
4：第二管路；
41：第二总管路；
42：第二分支管路；
5：功率单元。
具体实施方式
随着轨道车辆运输需求的发展，高速动车组作为一种安全、快捷、节能、绿色、智能的一种轨道运输工具得到快速发展。牵引变流器作为轨道车辆的关键部件，其主要功能是把来自接触网上的单相高压交流电转换为电压频率可调节的三相交流电，供轨道车辆运行使用。牵引变流器在工作过程中会产生大量的热，如何冷却成为牵引变流器的关键技术。
现有技术中，牵引变流器的冷却单元包括：水冷基板、风机、水泵、管路以及散热器。冷却单元中内盛有大量的低温水，牵引变流器可以具有发热的功率单元，功率单元可以安装在水冷基板上，从而可以通过低温水吸收功率单元热量，低温水可以变为高温水。水泵可以使水在散热器和、水冷基板及管路之间形成循环，其将经过水冷基板后的高温水泵入散热器，风机可以将高温水在散热器中经过散热变为低温水，重新回到水冷基板，在水路系统中循环。
但是，现有技术中的冷却单元工作时，需要依靠水泵作为动力驱动水循环，工作压力大冷却液容易泄露、换热效率低冷却装置大、冷却介质绝缘性差防火性能差、系统部件多可靠性低。
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种冷却系统、牵引变流器及轨道车辆，以解决现有技术冷却单元效率低可靠性低的问题。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明不局限于下述的具体实施方式。
图1为本发明冷却系统实施例一的结构示意图；图2为本发明功率单元的结构示意图。
请结合图1和图2，本实施例提供一种冷却系统，包括：基体1以及冷却装置2。基体1内形成有用于容纳冷却介质的容纳腔，基体1上还形成有用于吸收功率单元5所散发的热量的吸热面。基体1与冷却装置2之间连通有第一管路3和第二管路4，冷却介质吸收热量后变为气态，并经过第一管路3进入冷却装置2，冷却装置2用于冷却冷却介质，以使冷却介质变为液态，并经由第二管路4回流至基体1。
具体地，冷却系统可以用于需要散热的装置中，特别可以应用于牵引变流器中。牵引变流器可以将接触网的单相高压交流电转换为电压频率可以调节的三相交流电，其可以具有多个功率单元5，功率单元5可以为CPU、IPU1、IPU2和APU等等。功率单元5在工作过程中会产生大量的热，需要及时进行冷却，以防发生故障保护影响轨道车辆的运行。冷却系统可以具有基体1和冷却装置2，基体1可以设置在功率单元5周围，以吸收功率单元5产生的热量。冷却介质可以设置在基体1内，冷却装置2可以将冷却介质进行降温处理。
基体1可以具有容纳腔，容纳腔的形状可以为多种，例如方形、圆形等，冷却介质可以存储于容纳腔内。基体1还可以形成有吸热面，吸热面可以是基体1靠近功率单元5的表面，吸热面可以根据功率单元5的形状进行设置，例如功率单元5为长方体时，吸热面可以靠近功率单元5最大面积的表面，吸热面的面积可以大于最大面积的表面，以增强散热能力。又或者吸热面可以包括多个表面，这些表面可以分别包覆功率单元5的多个表面，进一步增强散热面积。
冷却介质可以为相变储能介质，其可以吸收热量后从液态变为气态，散发热量后从气态变为液态。冷却介质的种类可以有多种，例如有机介质、无机介质等。优选地其可以为水，进一步优选地，在水中添加添加剂以降低水的沸点，以提高散热的及时性。
冷却装置2和基体1之间设置有第一管路3和第二管路4，从而使得冷却介质可以在冷却装置2和基体1之间进行循环。第一管路3可以用于通过变为气态的冷却介质。第二管路4可以用于通过经过冷却装置后变为液态的冷却介质。第一管路3可以为软管、硬管或形成在实体结构上的连接孔，在此不做具体限定。第二管路4也可以为软管、硬管或形成在实体结构上的连接孔，在此不做具体限定。
冷却装置2可以为现有技术能够实现冷却装置，例如风冷或水冷等装置，其可以将变为气态的冷却介质进行冷却，使其重新变回液态，并流入基体1中。
当牵引变流器工作时，功率单元5发出热量，此时基体1中的冷却介质吸收热量，当达到沸点时，冷却介质汽化变为气态，并依靠蒸汽动力从第一管路3扩散至冷却装置2中，冷却装置2对冷却介质进行降温，吸收其热量，使得冷却介质重新回到液态。液态的冷却介质可以从第二管路4回流至基体1中，实现循环冷却。该过程依靠相变来吸收热量，并依靠蒸汽本身的动力实现循环，无需消耗外部能源，相比现有技术换热效率高并且可靠性高。
本实施例提供的冷却系统，通过包括：基体以及冷却装置；基体内形成有用于容纳冷却介质的容纳腔，基体上还形成有用于吸收功率单元所散发的热量的吸热面；基体与冷却装置之间连通有第一管路和第二管路，冷却介质吸收热量后变为气态，并经过第一管路进入冷却装置，冷却装置用于冷却冷却介质，以使冷却介质变为液态，并经由第二管路回流至基体。整个冷却介质的循环过程只依靠冷却介质的相变来推动循环，无需外加动力，耗能少且噪声低。
进一步地，图3为本发明冷却系统实施例二的结构示意图。请结合图3，基体1可以形成有用于与功率单元5接触的安装面11，安装面11构成吸热面。
具体地，基体1可以大致沿某一平面延伸，其可以具有一个与该平面平行的安装面11，功率单元5的散热面可以与安装面11接触，从而提高散热的效率。
另外，安装面11的数量也可以为多个，例如多个功率单元5可以分别设置在不同的安装面11上，以减少牵引变流器的体积。
更进一步，基体1的数量为多个，多个基体1分别用于与多个功率单元5接触。对于牵引变流器的主要功率单元5，基体1的数量可以为四个，其分别安装有CPU、IPU1、IPU2和APU，从而可以为每个功率单元5单独散热，效果更好。
在另一个实施例中，第一管路3包括第一总管路31和多个第一分支管路32，第一总管路31的一端与冷却装置2连接，另一端与多个第一分支管路32的一端连接；每个第一分支管路32的另一端与一个基体1连接。
具体地，第一管路3可以包括第一总管路31和第一分支管路32，第一总管路31的直径可以大于第一分支管路32的直径。第一分支管路32的数目和基体1的数目相同，第一总管路31可以用于连通多个第一分支管路32和冷却装置2。每个第一分支管路32可以连接一个基体1和第一总管路31。每个基体1中的冷却介质吸收热量变为气态后，可以分别通过第一分支管路32进入第一总管路31中，并在第一总管路31中集中通向冷却装置2。可以减少走管的数量，降低冷却系统的复杂程度。
进一步地，第二管路4包括第二总管路41和多个第二分支管路42，第二总管路41的一端与冷却装置2连接，另一端与多个第二分支管路42的一端连接；每个第二分支管路42的另一端分别与一个基体1连接。
具体地，第二管路4可以包括第二总管路41和第二分支管路42，第二总管路41的直径可以大于第二分支管路42的直径。第二分支管路42的数目和基体1的数目相同，第二总管路41可以用于连通多个第二分支管路42和冷却装置2。每个第二分支管路42可以连接二个基体1和第二总管路41。当进入冷却装置2的冷却介质经过散热后变为液态，可以通过第二总管路41通向第二分支管路42，并在第二分支管路42处进行分流，然后进入多个基体1中，实现循环。可以减少走管的数量，降低冷却系统的复杂程度。
在上述实施例的基础上，冷却装置2包括热交换器21及风机22；热交换器21内形成有用于容纳冷却介质的热交换腔，第一管路3和第二管路4背离基体1的一端分别与热交换腔连通；风机22设置在热交换器21外，风机22用于吹出风流。
具体地，基板1可以设置在车身内部，冷却装置2可以设置在车身顶部，从而便于气态的挥发和液态的回流。冷却装置2可以包括热交换器21和风机22。热交换器21可以具有热交换腔，气态的冷却介质可以在蒸汽动力的驱动下进入该腔。风机22可以设置在热交换器21的外部，并形成吹向热交换器21的风流，将热交换腔内的热量带走，使得冷却介质可以在腔内形成液态。
热交换腔的形状可以根据实际情况进行设置，在此不做具体限定。优选地，热交换腔可以沿垂向延伸，第一管路3连接在热交换腔沿垂向的顶部，第二管路4连接在热交换腔沿垂向的底部，使得气态的冷却介质可以位于热交换腔的顶部，冷却后在重力的作用下汇聚在底部成为液态，可以提高冷却装置2的冷却效率。
风机22可以为现有技术中能够产生风流的装置，利用风机22实现冷却可以简化装置。
进一步地，风机22的数量可以为多个，多个风机22间隔设置在热交换器21的外围，例如风机22可以并排设置在热交换器21的一侧，或对称设置在两侧，从而可以提高冷却装置2的冷却速度。
本实施例还提供一种牵引变流器，包括功率单元5和冷却系统，冷却系统用于冷却功率单元5。冷却系统，包括：基体1以及冷却装置2。基体1内形成有用于容纳冷却介质的容纳腔，基体1上还形成有用于吸收功率单元5所散发的热量的吸热面。基体1与冷却装置2之间连通有第一管路3和第二管路4，冷却介质吸收热量后变为气态，并经过第一管路3进入冷却装置2，冷却装置2用于冷却冷却介质，以使冷却介质变为液态，并经由第二管路4回流至基体1。
具体地，牵引变流器可以应用于轨道车辆等需要变流的设备中，其可以包括功率单元5和冷却系统。功率单元5可以为主要的工作单元，其会产生大量的热。冷却系统可以吸收热量，保证功率单元5的工作温度，防止其过热。冷却系统的结构和功能与上述实施例相同，具体可以参考上述实施例，在此不再赘述。
当牵引变流器工作时，功率单元5发出热量，此时基体1中的冷却介质吸收热量，当达到沸点时，冷却介质汽化变为气态，并依靠蒸汽动力从第一管路3扩散至冷却装置2中，冷却装置2对冷却介质进行降温，吸收其热量，使得冷却介质重新回到液态。液态的冷却介质可以从第二管路4回流至基体1中，实现循环冷却。该过程依靠相变来吸收热量，并依靠蒸汽本身的动力实现循环，无需消耗外部能源，相比现有技术耗能低并且噪声比较少。
本实施例提供的牵引变流器，通过包括：基体以及冷却装置；基体内形成有用于容纳冷却介质的容纳腔，基体上还形成有用于吸收功率单元所散发的热量的吸热面；基体与冷却装置之间连通有第一管路和第二管路，冷却介质吸收热量后变为气态，并经过第一管路进入冷却装置，冷却装置用于冷却冷却介质，以使冷却介质变为液态，并经由第二管路回流至基体。整个冷却介质的循环过程只依靠冷却介质的相变吸收热量做功来推动循环，无需外加动力，耗能少且噪声低。
本发明提供一种轨道车辆，包括车身以牵引变流器；牵引变流器设置在车身内。
具体地，车身可以为现有技术中常见的车身形状，牵引变流器的结构和功能可以与上述实施例相同，具体可以参考上述实施例，在此不再赘述。
当牵引变流器工作时，功率单元5发出热量，此时基体1中的冷却介质吸收热量，当达到沸点时，冷却介质汽化变为气态，并依靠蒸汽动力从第一管路3扩散至冷却装置2中，冷却装置2对冷却介质进行降温，吸收其热量，使得冷却介质重新回到液态。液态的冷却介质可以从第二管路4回流至基体1中，实现循环冷却。该过程依靠相变来吸收热量，并依靠蒸汽本身的动力实现循环，无需消耗外部能源，相比现有技术耗能低并且噪声比较少。
本实施例提供的轨道车辆，通过包括：基体以及冷却装置；基体内形成有用于容纳冷却介质的容纳腔，基体上还形成有用于吸收功率单元所散发的热量的吸热面；基体与冷却装置之间连通有第一管路和第二管路，冷却介质吸收热量后变为气态，并经过第一管路进入冷却装置，冷却装置用于冷却冷却介质，以使冷却介质变为液态，并经由第二管路回流至基体。整个冷却介质的循环过程只依靠冷却介质的相变吸收热量做功来推动循环，无需外加动力，耗能少且噪声低。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"、"固定"等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下"可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在以上描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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 (8)
1.一种冷却系统，其特征在于，用于牵引变流器的散热，所述系统包括：基体以及冷却装置；
所述基体内形成有用于容纳冷却介质的容纳腔，所述基体还形成有用于与功率单元接触的安装面，所述安装面构成吸热面，所述吸热面用于吸收功率单元所散发的热量；其中，所述安装面的数量有多个，多个功率单元分别设置在不同的所述安装面上；
所述基体与所述冷却装置之间连通有第一管路和第二管路，所述冷却介质吸收热量后变为气态，并经过第一管路进入所述冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述冷却介质，以使所述冷却介质变为液态，并经由所述第二管路回流至所述基体；
所述冷却装置包括热交换器及风机；所述热交换器内形成有用于容纳冷却介质的热交换腔；所述第一管路和所述第二管路背离所述基体的一端分别与所述热交换腔连通；所述热交换腔沿垂向延伸，第一管路连接在热交换腔沿垂向的顶部，第二管路连接在热交换腔沿垂向的底部。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述基体的数量为多个，多个所述基体分别用于与多个功率单元接触。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述第一管路包括第一总管路和多个第一分支管路，所述第一总管路的一端与所述冷却装置连接，另一端与多个所述第一分支管路的一端连接；每个所述第一分支管路的另一端分别与一个所述基体连接。
4.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述第二管路包括第二总管路和多个第二分支管路，所述第二总管路的一端与所述冷却装置连接，另一端与多个所述第二分支管路的一端连接；每个所述第二分支管路的另一端分别与一个所述基体连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述风机设置在所述热交换器外，所述风机用于吹出风流。
6.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述风机的数量为多个，多个所述风机间隔设置在所述热交换器的外围。
7.一种牵引变流器，其特征在于，包括功率单元和权利要求1-6任一项所述的冷却系统，所述冷却系统用于冷却所述功率单元。
8.一种轨道车辆，其特征在于，包括车身以及权利要求7所述的牵引变流器；所述牵引变流器设置在所述车身内。
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