CN112443386B - 具有用于其内燃机的改进的冷却系统和方法的轨道车辆 - Google Patents

Abstract

一种用于具有作为发电机的内燃机的轨道车辆的冷却系统，用于在冷却流体与位于轨道车辆的地板下方空间中的空气之间进行热交换，冷却流体在连接至内燃机的冷却回路中循环。位于地板下方空间中的热交换器和风扇被流体地连接至从轨道车辆的地板悬垂的侧裙部中的排气口。风扇用于促使空气从地板下方空间通过热交换器并且通过排气口到达位于侧裙部的外侧的环境空间。

Description

具有用于其内燃机的改进的冷却系统和方法的轨道车辆

技术领域

本发明总体上涉及柴油-电动轨道车辆领域。更具体地，本发明涉及一种用于排出由柴油-电动轨道车辆的柴油发动机产生的热量的改进的冷却系统和方法。

背景技术

柴油-电动轨道车辆例如机车、动力汽车或柴油电动多单元(DEMU)使用柴油发动机来产生电力以为连接至车辆的车轮的电动机提供功率。这些柴油发动机通常具有范围大约在40％至60％的效率，这意味着大约40％至60％被浪费在必须排出的大量热量中。

通常将用于冷却轨道车的柴油发动机的冷却单元布置在轨道车的地板的下方，在该地板的下方，新鲜空气可以从车辆的侧面抽吸，通过冷却单元循环，并且作为热空气在车辆的地板下方内被排出。可以认为，随着轨道车辆的循环，热空气在某种程度上自然地从地板下方排出。

然而，已经发现，这种类型的布置实际上可能导致地板下方内的空气温度的显著增加，这又可能损害也位于车辆地板下方的其他设备的操作。在分布有推进发动机和柴油发动机的列车中，热量甚至可能在地板下方内朝向列车的后部积聚，使该问题加剧。

因此，需要一种改进的冷却系统和方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于轨道车辆的冷却系统和冷却轨道车辆的柴油发动机的方法，其克服或减轻已知冷却系统和方法的一个或更多个缺点，或至少提供有用的替代方案。

本发明提供的优点是从轨道车辆的地板下方排出热空气并且从而避免使其他车下设备经受不必要的高温。

根据本发明的实施例，提供了一种轨道车辆，其包括车体、第一和第二侧裙部、支承车体的不同端的两个转向架、内燃机、电动机和用于冷却发动机的冷却系统。车体具有地板和从地板向上凸出的横向侧壁。第一和第二侧裙部在地板的下方至少部分地沿着侧壁中的相应一个侧壁向下凸出。侧裙部中的例如第一侧裙部的至少一个侧裙部设置有排气口。每个转向架都设置有车轮。地板、第一和第二侧裙部以及转向架在它们之间限定内部空间或地板下方空间。内燃机适于产生要被供应给电动机的功率。冷却系统用于在冷却流体与位于地板下方空间中的空气之间进行热交换，冷却流体在连接至内燃机的冷却回路中循环。冷却系统具有热交换器和邻近热交换器的风扇，两者都被安装在地板的下方并且在地板下方空间内。热交换器和风扇被流体地连接至排气口。风扇用于促使空气从地板下方空间通过热交换器并且通过排气口到达位于第一侧裙部的外侧上的环境空间。

可选地，热交换器可以与第一侧裙部邻近地放置并且风扇可以与热交换器的内表面邻近地放置，风扇用于推动位于地板下方空间内的空气通过热交换器、通过邻近的第一侧裙部并且进入环境空间。

可替代地，风扇可以与第一侧裙部邻近地放置并且热交换器可以位于风扇的内表面上。风扇用于将位于地板下方空间内的空气抽吸通过热交换器，并且推动该空气通过相邻的第一侧裙部并且进入环境空间。

用于将新鲜空气引导至地板下方空间中的进气口可以被设置在一个或两个侧裙部中。该进气口可以位于侧裙部中的任一个或两个上，比排气口更靠近车体的前部。进气口可以是位于地板下方空间的下部处的铲板。

冷却系统还可以包括第二热交换器和第二风扇，它们也位于地板的下方并且在地板下方空间内。第二风扇邻近第二热交换器。第二热交换器和第二风扇被流体地连接至位于第二侧裙部中的第二排气口。第二风扇用于促使空气从地板下方空间通过第二热交换器、通过第二排气口并且进入位于第二侧裙部的外侧上的环境空间。

两个风扇都包括叶轮，该叶轮被定向成将空气从地板下方空间抽吸至环境空间。如果风扇由DC电流供电，则电压具有使得叶轮沿着将空气从地板下方空间抽吸环境空间的方向旋转的极性。如果风扇由AC电流供电，则相位必须被调整成使得叶轮沿着将空气从地板下方空间抽吸环境空间的方向旋转。

可选地，电动机被连接至车轮之一。

根据本发明的另一实施例，提供了一种包括如上面所描述的轨道车辆的列车，所述轨道车辆被连接至相邻的第二轨道车辆，其中电动机被安装在支承相邻的第二轨道车辆的第三转向架上。

根据本发明的另一实施例，提供了一种用于冷却轨道车辆的内燃机的方法，所述轨道车辆具有车体、支承所述车体的两个转向架和具有用于冷却内燃机的热交换器的冷却系统。车体具有地板、从地板悬垂并且沿地板的相应纵向侧对齐的两个侧裙部。两个侧裙部、两个转向架和地板在它们之间限定地板下方空间。该方法包括按以下顺序循环空气：

从地板下方空间；

通过位于地板下方空间内的热交换器；

通过位于两个侧裙部中的第一侧裙部中的排气口；以及

到达位于第一侧裙部的外侧的环境空间。

可选地，该方法可以包括将冷却系统的风扇定位成邻近第一侧裙部的内侧，并且将热交换器定位成邻近风扇，并与第一侧裙部相反。

优选地，该方法包括旋转风扇的叶轮以便将空气从地板下方空间抽吸至环境空间。

该方法可以包括使用侧裙部在基本上相对紧挨着轨道车辆在其上行驶的地面的地方形成地板下方空间。

可以在使位于地板下方空间中的空气通过热交换器循环之前使空气通过风扇循环。

可替代地，可以在使位于地板下方空间中的空气通过风扇循环之前通过热交换器循环。

通过热交换器循环还可以包括将热量传递至空气以产生热空气。通过排气口循环空气还可以包括朝向环境空间排出热空气。

附图说明

从以下参照附图的描述中，本发明的这些特征和其他特征将变得更加明显，其中：

图1是根据本发明的实施例的轨道车辆的透视图；

图2是从图1的轨道车辆的下方看的局部透视图；

图3是从图1的轨道车辆的下方看的局部透视图，示出了地板下方空间；

图4是从图1的轨道车辆的下方看的局部透视图，示出了根据本发明的实施例的空气的流动；

图5是从轨道车辆的下方看的局部透视图，示出了根据本发明的另一实施例的空气的流动。

具体实施方式

本发明涉及一种具有冷却系统并且使用冷却方法的轨道车辆，该冷却方法将热空气从轨道车辆的地板下方空间排出以便防止对位于地板下方空间内的其他设备的性能产生负面影响。

同时参照图1和图2。轨道车辆10包括车体12、侧裙部14和支承车体12的不同端的两个转向架16。车体12具有地板18和从地板18向上凸出的侧壁20。每个转向架16设置有车轮22，车轮有时是独立的，但通常安装在轮轴24上。每个转向架16有一个电动机26为至少一个车轮22提供动力，并且通常为单个轮轴24提供动力。通常，每个转向架16为每个轮轴24设置有一个电动机26。

两个侧裙部14都从地板18悬垂并且至少部分地沿着或基本上沿着侧壁20中相应的一个侧壁或地板18的纵向侧面中的相应一个侧面凸出。每个侧裙部14设置有用于排出热空气的排气口21，如将在后面描述的。地板18、两个侧裙部14和两个转向架16限定了地板下方空间28的界限，该地板下方空间在图3中最佳地示出，现在同时提及。因此，侧裙部14被用于在基本上紧挨着轨道车辆10在其上行驶的地面29的地方形成地板下方空间28，这在一定程度上防止了来自地板下方空间28的空气与轨道车辆10的每个侧面的环境空气混合。

轨道车辆10设置有包括通常是柴油发动机的内燃机(ICE)32的动力机组30，该内燃机机械地连接至用于为位于转向架16上的电动机26产生电力的发电机34。动力机组30还包括用于冷却ICE 32的冷却系统36。

冷却系统36是使冷却流体在热交换器38与ICE 32之间循环冷却流体的闭环系统，从而在冷却流体与位于地板下方空间28中的空气之间进行热交换。冷却系统36可以使用一个或更多个热交换器38，这取决于运行条件和待耗散的热量。每个热交换器38设置有一个或更多个风扇40。当使用一个热交换器38时，其被设置在车体12的任一侧。当需要两个热交换器38时，它们通常对称地位于车体12的每一侧。所有热交换器38都被类似地连接至ICE32。

一个或更多个风扇40与每个热交换器38邻近地放置。在图2中，热交换器38被放置在风扇40与侧裙部14之间。现在同时参照图4。在这种配置中，风扇40抽吸地板下方空间28中的新鲜空气42，从而产生向外的空气流。然后，该新鲜空气42被推动通过热交换器38以冷却在热交换器38中流动的冷却流体，并且然后作为热空气44通过相邻的侧裙部14中的排气口21被排出至轨道车辆10的每个横向侧的环境空间46中。风扇40、热交换器38和排气口21的每个堆叠可以被管道围住以确保所有热空气44从地板下方空间28排出。这里环境空间46被理解为轨道车辆10的每个横向侧的环境空间，但不在轨道车辆10下方，因为轨道车辆10下方的空间相对较小，并且受到侧裙部14与轨道车辆10在其上行驶的地面29之间的接近度的影响。

在图5所示的替代配置中，现在同时提及，风扇40被放置在侧裙部14与热交换器38之间，邻近侧裙部14，并且与排气口21流体地连通。在侧裙部14的相反侧上，热交换器38与风扇40邻近地放置。在这种配置中，风扇40抽吸存在于地板下方空间28中的新鲜空气42，从而产生向外的空气流。该新鲜空气42首先通过使新鲜空气从冷却流体获得热量的热交换器38，通过风扇40自身，然后作为热空气44通过排气口21被推出并且进入环境空间46。如果风扇40所使用的电动机具有在负载下变暖的趋势，则该配置可以是优选的，因为其避免了风扇的电动机在新鲜空气42通过热交换器38循环之前对新鲜空气进行加温。

有不同的方式可以使风扇40将空气从地板下方空间28抽吸至环境空间46。每个风扇40都配备有叶轮。该叶轮的叶片被定向成沿预定方向抽吸空气。因此，风扇40需要沿正确的方向安装，以使空气从地板下方空间28朝向环境空间46循环。如果风扇40由DC电流供电，则电压的极性被设置成使得叶轮沿着从地板下方空间28将空气抽吸环境空间46的方向旋转。如果风扇40由AC电流供电，则相位必须被调整成使得其叶轮沿着将空气从地板下方空间28抽吸环境空间46的方向旋转。

排气口21可以被设计成使得当轨道车辆10以一定速度循环时排气口产生文丘里效应。实际上，当轨道车辆10运动时，在轨道车辆10的每个横向侧的空气速度比其在地板下方空间28内的空气速度大得多，如果利用文丘里效应，甚至可以更有效地将地板下方空间28的空气抽取到环境空气中。侧裙部14在受益于文丘里效应方面是重要的，因为它们减少了地板下方空间28与环境空间46之间的空气混合。

在其最基本的形式中，由风扇40抽吸的空气只是填充地板下方空间28的空气。可替代地，可以使用进气口将新鲜空气42引导至地板下方空间28中。这种进气口可以被设置在侧裙部中的一个或两个中，优选地比排气口21更靠近车体12的前部48，使得热空气44不被进气口获得。另一种可能的设计是在地板下方空间28的下部增加铲板(scoop)或导流板，以将来自轨道车辆下方的空气以一定速度引导至地板下方空间28中。

在本示例中，整个动力机组30完全位于地板下方空间28中。这是被称为柴油多单元(DMU)的轨道车辆的典型特征。然而，在一些例如大型机车的轨道车辆中，动力机组可以被拆分：ICE 32和发电机34可以位于地板18上方，而热交换器38可以位于地板18上方或地板18下方的地板下方空间28中。在其他车辆中，整个动力机组30可以位于地板18上方。本发明仅涉及至少热交换器38位于地板下方空间28内的特定情况。这是因为地面29与侧裙部14和与地板18的相对紧挨的接近形成了限制热空气44从地板下方空间28逸出的受限区域。然而，当热交换器38可以被放置在地板18上方时，这不是问题，因为与地面29的这种接近对这种后来的设计没有影响。

在使用中，来自地板下方空间28的空气按照图4所示的流动进行循环。来自地板下方空间28的空气由风扇40按照以下顺序循环，1)通过它们各自的邻近的热交换器38；然后2)通过与热交换器38邻近的相应的侧裙部14的排气口21；最后3)到达轨道车辆10周围的环境空间46。

可选地，可以通过将风扇40定位在侧裙部14与热交换器38之间或者通过将热交换器38定位在侧裙部14与风扇40之间来形成空气流。在第一种情况下，来自地板下方空间28的新鲜空气42首先流过热交换器38，然后流过风扇40，并且最后作为热空气44通过排气口21排出至环境空间46。在第二种情况下，来自地板下方空间28的新鲜空气42首先流过风扇40，然后流过热交换器38，并且最后作为热空气44通过排气口21排出至环境空间46。通过沿着使得新鲜空气42能够从地板下方空间28抽吸至环境空间46的方向旋转风扇40的叶轮来形成空气流。

已经参照优选实施例描述了本发明。与附图一样的描述旨在帮助理解本发明，而不是限制其范围。对于本领域技术人员来说，显而易见的是，在不脱离本文所描述的本发明的范围的情况下，可以对本发明进行各种修改，并且这样的修改旨在被本说明书所覆盖。本发明由所附权利要求书限定。

Claims (20)

1.一种轨道车辆，包括：

车体，其具有地板和从所述地板向上凸出的侧壁；

第一侧裙部和第二侧裙部，其在所述地板的下方沿着所述侧壁中的相应一个侧壁的一部分向下凸出，所述第一侧裙部具有排气口；

两个转向架，其具有车轮并且用于支承所述车体的不同端，所述地板、所述第一侧裙部和第二侧裙部以及所述转向架在它们之间限定地板下方空间；

内燃机，其用于产生要被供应至电动机的功率；

冷却系统，其用于在冷却流体与位于所述地板下方空间中的空气之间进行热交换，所述冷却流体在连接至所述内燃机的冷却回路中循环，所述冷却系统具有：

热交换器，其位于所述地板的下方并且在所述地板下方空间内，所述热交换器被流体地连接至在所述热交换器的第一侧的所述地板下方空间并且被流体地连接至在所述热交换器的第二侧的所述排气口；

风扇，其邻近所述热交换器并且被流体地连接至所述排气口，

其中，所述风扇用于促使空气顺序地从所述地板下方空间通过所述热交换器的第一侧、通过所述热交换器的第二侧并且通过所述排气口到达位于所述第一侧裙部的外侧的环境空间。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆，其中，所述热交换器邻近所述第一侧裙部，并且其中，所述风扇邻近所述热交换器的内表面，所述风扇用于推动位于所述地板下方空间内的空气通过所述热交换器、通过所述第一侧裙部的排气口并且进入所述环境空间中。

3.根据权利要求1所述的轨道车辆，其中，所述风扇邻近所述第一侧裙部，并且其中，所述热交换器位于所述风扇的内表面上，所述风扇用于将位于所述地板下方空间内的空气抽吸通过所述热交换器并且推动所述空气通过所述第一侧裙部的排气口进入所述环境空间中。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的轨道车辆，还包括用于将新鲜空气引导至所述地板下方空间中的进气口。

5.根据权利要求4所述的轨道车辆，其中，所述进气口位于所述侧裙部之一上。

6.根据权利要求5所述的轨道车辆，其中，所述进气口比所述排气口更靠近所述车体的前部。

7.根据权利要求4所述的轨道车辆，其中，所述进气口是位于所述地板下方空间的下部处的导流板，用于将新鲜空气引导至所述地板下方空间中。

8.根据权利要求1所述的轨道车辆，其中，所述冷却系统还包括位于所述地板的下方并且在所述地板下方空间内的第二热交换器和邻近所述第二热交换器的第二风扇，所述第二热交换器和所述第二风扇被流体地连接至位于所述第二侧裙部中的第二排气口，所述第二风扇用于促使空气从所述地板下方空间通过所述第二热交换器并且通过所述第二排气口到达位于所述第二侧裙部的外侧的环境空间。

9.根据权利要求1所述的轨道车辆，其中，所述风扇包括叶轮，所述叶轮被定向成将空气从所述地板下方空间抽吸至所述环境空间。

10.根据权利要求9所述的轨道车辆，其中，所述风扇由DC电压供电，所述DC电压具有使得所述叶轮沿着将空气从所述地板下方空间抽吸至所述环境空间的方向旋转的极性。

11.根据权利要求9所述的轨道车辆，其中，所述风扇由AC电流供电，所述AC电流具有被调整成使得所述叶轮沿着将空气从所述地板下方空间抽吸至所述环境空间的方向旋转的相位。

12.根据权利要求1所述的轨道车辆，其中，所述电动机被连接至所述车轮之一。

13.一种包括根据权利要求1所述的轨道车辆的列车，所述轨道车辆被连接至相邻的第二轨道车辆，其中，所述电动机被安装在支承所述相邻的第二轨道车辆的第三转向架上。

14.一种用于冷却轨道车辆的内燃机的方法，所述轨道车辆具有车体、支承所述车体的两个转向架和具有用于冷却所述内燃机的热交换器的冷却系统，所述车体具有地板和从所述地板悬垂并且沿着所述地板的相应纵向侧对齐的两个侧裙部，所述两个侧裙部、所述两个转向架和所述地板在它们之间限定地板下方空间，所述热交换器在所述热交换器的第一侧上被流体地连接至所述地板下方空间并且在所述热交换器的第二侧上被流体地连接至排气口，所述方法包括按以下顺序循环空气：

从所述地板下方空间；然后

通过位于所述地板下方空间内的热交换器的第一侧并且然后通过所述第二侧；然后

通过位于所述两个侧裙部中的第一侧裙部中的排气口；以及

到达位于所述第一侧裙部的外侧的环境空间。

15.根据权利要求14所述的方法，包括将所述冷却系统的风扇定位成邻近所述第一侧裙部的内侧并且将所述热交换器定位成邻近所述风扇。

16.根据权利要求15所述的方法，包括旋转所述风扇的叶轮以便将空气从所述地板下方空间抽吸至所述环境空间。

17.根据权利要求14所述的方法，还包括使用所述两个侧裙部在紧挨着轨道车辆在其上行驶的地面的地方形成地板下方空间。

18.根据权利要求14所述的方法，还包括在使位于所述地板下方空间中的空气通过所述热交换器循环之前使所述空气通过风扇循环。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括在使位于所述地板下方空间中的空气通过放置在所述热交换器与所述第一侧裙部之间的风扇循环之前使所述空气通过所述热交换器循环。

20.根据权利要求14所述的方法，其中，通过所述热交换器循环包括将热量传递至所述空气以产生热空气，通过所述排气口循环包括朝向所述环境空间排出所述热空气。

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