CN112954952A - 轨道列车及其散热系统、散热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道列车及其散热系统、散热方法，通过液态导热介质在管道内的流动将吸收的发热设备的热量带至走行风散热装置内，利用列车高速运行时的走行风对存储有热量的液态导热介质进行散热，冷却后的液态导热介质再流回至取热装置内进行热量的收集，如此循环，实现发热设备的散热；通过温度传感器检测液态导热介质的温度，根据该温度控制走行风散热装置中散热模块的开启数量和/或走行风散热装置中液态导热介质的流量，使取热装置出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡控制，显著提高了散热性能，具有节省能源、降低噪音和降低成本的突出性能，并且大大降低了散热装置的体积和重量。
Description
技术领域
本发明属于轨道车辆通风冷却设计领域，尤其涉及一种轨道列车及其散热系统、散热方法。
背景技术
通风冷却系统是轨道车辆的重要组成部分，它的作用是对牵引系统(例如主变压器、主变流柜、牵引电机等)进行冷却，确保牵引系统安全运行。随着科技的快速发展，机车上变压器、变流器、牵引电机等电器的功率及功率密度不断增大，因而所需的散热冷却功率亦不断加大，若继续沿用传统的车载冷却塔，其散热量、体积、重量、噪声等都难以满足高品质机车的要求，因此如何解决机车不断增加的电器发热问题，是业界亟待解决的一个技术难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轨道列车及其散热系统、散热方法，以解决机车电器发热不断增加、对散热冷却要求越来越高的难题，实现高效、节能、环保的机车散热。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种轨道列车的散热系统，包括：
取热装置，用于收集发热设备的热量，并将所述热量存储于液态导热介质中；
设于所述取热装置出口或入口的温度传感器，所述温度传感器，用于检测所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度；
与所述取热装置连接的热传递装置，所述热传递装置，用于将存储有热量的液态导热介质传递给散热装置，以及将冷却后的液态导热介质传递给所述取热装置；
与所述热传递装置连接的走行风散热装置，所述走行风散热装置，用于利用走行风对流入的液态导热介质进行散热，实现液态导热介质的冷却；
调节装置，用于根据所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度控制所述走行风散热装置中散热模块的开启数量和/或所述走行风散热装置中液态导热介质的流量，使所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡控制。
本发明中，液态导热介质吸收发热设备的热量，通过液态导热介质在管道内的流动将该热量带至走行风散热装置内，利用列车高速运行时的走行风对存储有热量的液态导热介质进行散热，得到冷却后的液态导热介质，冷却后的液态导热介质再流回至取热装置内进行热量的收集，如此循环，实现发热设备的散热；通过温度传感器检测液态导热介质的温度，当该温度高于对应阈值范围时，增加散热模块的开启数量和/或增大液态导热介质的流量，当该温度低于对应阈值范围时，减少散热模块的开启数量和/或减小液态导热介质的流量，使所有发热设备产生的热量与散热量达到平衡，使发热设备工作在一个合适的工作温度内；该系统在走行风散热装置风侧无需任何动力，在无需增加散热装置体积的情况下达到常规风机或冷却塔无法达到的散热效果，显著提高了散热性能，具有节省能源、降低噪音和降低成本的突出性能，并且大大降低了散热装置的体积和重量。该系统根据热平衡原理进行散热模块开启数量和液态导热介质流量的控制，为发热量与散热量的平衡提供了合理、高效地调节方式，使发热设备工作在一个合理的温度范围内，保证了列车的安全运行。
进一步地，所述走行风散热装置采用分布式结结构，所述走行风散热装置包括多条散热支路；每条所述散热支路均包括多个依次串接的散热模块；在每条所述散热支路的输入端设有输入阀门，在每条所述散热支路的输出端设有输出阀门；每条所述散热支路的输入端均与所述热传递装置的导热管道连接，每条所述散热支路的输出端均与所述热传递装置的回流管道连接。
走行风散热装置采用分布式结构，以便实现热源的集中采集以及分布式散热，在最大限度地挖掘散热潜力的同时，散热模块互为备用，大大提高了散热装置的可靠性。每条散热支路以集中分布式散热方式联动工作，达到了高效节能的散热效果。
优选地，所述走行风散热装置设于车顶、车底或列车侧壁。
该安装位置无需占用列车专门位置，节省了空间，降低了散热装置对列车内部的噪声影响。
进一步地，所述散热模块为板翅式换热器。
进一步地，所述散热模块为相变散热装置，所述相变散热装置包括下腔体、设于所述下腔体内的流通管道、上腔体以及平行层叠布置的多层相变热管；所述相变热管的蒸发段设于所述下腔体内，所述相变热管的冷凝段设于所述上腔体内；在相变热管的冷凝段、相邻两层相变热管之间均设有翅片，至少部分所述翅片位于风道内，采用走行风对翅片进行冷却。
存储有热量的液态导热介质通过流通管道流入下腔体内，在下腔体内将热量传递给相变热管的蒸发段，再通过相变热管的冷凝段将热量传递给翅片，最后通过走行风将翅片上的热量带走，使液态导热介质的温度降低，实现液态导热介质的冷却，冷却后的液态导热介质流出下腔体。采用相变散热装置，经过“液态导热介质-相变工质-走行风”的传热路径，大大提高了散热速率和散热效果。
进一步地，所述散热系统还包括与所述热传递装置连接的车载冷却装置；所述调节装置还用于计算所有发热设备的总发热功率，根据所述总发热功率控制所述走行风散热装置的启动，或者控制所述走行风散热装置和所述车载冷却装置的启动。
通过走行风散热装置和车载冷却装置的配合工作，保证了列车启动或低速时的散热效果，在尽量控制能耗的情况下达到高效、良好的散热效果，在保证了散热效果的同时又实现了节能环保。
本发明还提供一种利用如上所述散热系统进行散热的方法，包括以下步骤：
步骤1：收集发热设备所产生的热量，将所述热量存储于液态导热介质中；
步骤2：获取取热装置出口或入口内液态导热介质的温度；
步骤3：根据所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度控制所述走行风散热装置中散热模块的开启数量和/或所述走行风散热装置中液态导热介质的流量，使所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡控制。
进一步地，所述步骤3中，散热模块的开启数量和/或液态导热介质的流量控制过程为：
当所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度高于对应的阈值范围时，增加散热模块的开启数量和/或增大液态导热介质的流量；
当所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度低于对应的阈值范围时，减少散热模块的开启数量和/或减小液态导热介质的流量；
所述阈值范围根据发热设备的工作温度范围来设置。
进一步地，在所述步骤1之后且在所述步骤3之前，所述方法还包括：
计算所有发热设备的总发热功率；
根据所述总发热功率控制所述走行风散热装置启动，或者控制所述走行风散热装置和车载冷却装置启动；
当仅所述走行风散热装置启动时，执行步骤3；
当所述走行风散热装置和车载冷却装置均启动时，控制所述走行风散热装置中所有散热模块均开启和控制所述走行风散热装置中液态导热介质的流量为最大，同时根据所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度控制所述车载冷却装置的散热功率，使所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡控制。
进一步地，所述总发热功率的计算表达式为：
Pcr(v)＝λ×F(v)×v
其中，Pcr(v)为行驶速度对应的总发热功率，F(v)为行驶速度对应的列车牵引力，v为列车行驶速度，λ为功率损耗系数，根据不同的车型，λ取值范围为0.5％～30％。
本发明还提供一种轨道列车，包括如上所述的散热系统。
有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种轨道列车及其散热系统、散热方法，在走行风散热装置风侧无需任何动力，在无需增加散热装置体积的情况下达到常规风机或冷却塔无法达到的散热效果，显著提高了散热性能，具有节省能源、降低噪音和降低成本的突出性能，并且大大降低了散热装置的体积和重量；根据热平衡原理进行散热模块开启数量和/或液态导热介质流量的控制，为发热量与散热量的平衡提供了合理、高效地调节方式，使发热设备工作在一个合理的温度范围内，保证了列车的安全运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明实施例1中一种轨道列车的散热系统结构示意图；
图2是本发明实施例1中相变散热装置的结构示意图；
图3是本发明实施例1中散热装置处于额定工况下发热功率、散热功率与列车行驶速度之间的关系曲线；
图4是本发明实施例2中一种轨道列车的散热系统结构示意图；
图5是本发明实施例2中散热系统在轨道列车上的布置示意图；
其中，1-发热设备，2-取热装置，3-走行风散热装置，31-输入阀门，32-输出阀门，33-散热模块，331-流通管道，332-下腔体，333-相变热管，334-翅片，335-上腔体，4-热传递装置，41-导热管道，42-回流管道，43-循环泵，44-第一阀门，45-第二阀门，46-第三阀门，47-第四阀门，5-车载冷却装置，51-风机，52-冷却塔换热器，6-轨道列车，T1-取热装置入口内液态导热介质的温度，T2-取热装置出口内液态导热介质的温度。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例所提供的一种轨道列车的散热系统，包括取热装置2、温度传感器、热传递装置4、走行风散热装置3以及调节装置；取热装置2、热传递装置4以及走行风散热装置3依次连接，温度传感器设于取热装置2的出口或入口，调节装置根据温度传感器采集的取热装置2出口或入口液态导热介质的温度控制热传递装置4和走行风散热装置3中阀门的开闭大小，从而控制走行风散热装置3中液态导热介质的流量，以及根据温度传感器采集的取热装置2出口或入口液态导热介质的温度控制走行风散热装置3中散热模块33的开启数量，通过流量控制和散热模块33开启数量控制使取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，从而使发热设备1工作在一个合适温度范围内，实现发热量与散热量的平衡控制。
取热装置2是由与发热设备1中发热源紧密接触的管道构成，该管道内通有液态导热介质，通过液态导热介质吸收发热源所产生的热量，并将该热量存储于液态导热介质内，再通过液态导热介质在管道内的流动将热量带至走行风散热装置3内，通过走行风带走液态导热介质内的热量，实现液态导热介质的冷却，冷却后的液态导热介质再流回至取热装置2，如此循环，实现发热设备1的散热，使发热设备1始终保持在一个合理的工作温度范围内。
本实施例中，液态导热介质可以为油、水、防冻液、冷却液或其他冷却介质。
温度传感器安装于取热装置2的出口或入口，以便采集取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度，为后续的控制调节提供参考依据。阈值范围根据发热设备1的工作温度范围来设定，工作温度范围相同或相近的一类设备对应一套本实施例散热系统。例如，将温度传感器设于取热装置2的出口处，变流器类发热设备1的阈值范围为61℃±1℃，变压器类发热设备1的阈值范围为81℃±1℃。取热装置2入口处的阈值范围一般与其出口处的阈值范围相差5℃左右。
当取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度高于阈值范围的最大值时，增加走行风散热装置3中散热模块33的开启数量和/或增大走行风散热装置3中液态导热介质的流量，提高散热量，使该温度处于阈值范围内；当取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度低于阈值范围的最小值时，减少走行风散热装置3中散热模块33的开启数量和/或减小走行风散热装置3中液态导热介质的流量，降低散热量，使该温度处于阈值范围内。这样既能使发热设备1工作在一个合理的工作温度范围内，保证了列车的安全运行，又节省了能源，节能环保，实现了发热量与散热量之间的平衡。
热传递装置4包括导热管道41、回流管道42、分别设于导热管道41和回流管道42上的第一阀门44和第二阀门45、以及设于导热管道41上的循环泵43。导热管道41与取热装置2的出口连接，回流管道42与取热装置2的入口连接，循环泵43为液态导热介质流入走行风散热装置3提供了动力。调节装置控制第一阀门44和第二阀门45的开闭，使存储有热量的液态导热介质通过导热管道41流入走行风散热装置3，冷却后的液态导热介质通过回流管道42流入取热装置2。
如图1所示，走行风散热装置3包括n条散热支路；每条散热支路均包括m个依次串接的散热模块33；在每条散热支路的输入端设有输入阀门31，在每条散热支路的输出端设有输出阀门32；每条散热支路的输入端均与热传递装置4的导热管道41连接，每条散热支路的输出端均与热传递装置4的回流管道42连接。调节装置控制每条散热支路上的输入阀门31和输出阀门32的开闭以及开闭大小，以便控制散热支路的开启数量和每条散热支路中液态导热介质的流量，从而调节散热量，使取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度保持在阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡。
走行风散热装置3采用分布式结构，以便实现热源的集中采集以及分布式散热，在最大限度地挖掘散热潜力的同时，每条散热支路互为备用，大大提高了散热装置的可靠性。每条散热支路以集中分布式散热方式联动工作，达到了高效节能的散热效果。走行风散热装置3利用走行风散热，无大功率运动部件，安全性高；无需大风机51，降低了噪声，显著减少了能耗；其重量为车载冷却塔的一半，为列车减重作出了贡献。
散热模块33可以为板翅式换热器或者相变散热装置，本实施例中，散热模块33为相变散热装置。如图2所示，相变散热装置包括下腔体332、设于下腔体332内的流通管道331、上腔体335以及竖直平行层叠布置的多层相变热管333；相变热管333的蒸发段设于下腔体332内，相变热管333的冷凝段设于上腔体335内；在相变热管的蒸发段和/或冷凝段、相邻两层相变热管333之间均设有翅片334，至少部分翅片334位于风道内。每根相变热管均包括具有密闭空腔的外壳、同轴设于外壳内侧的内壳、以及设于外壳与内壳之间的相变工质。调节装置还控制每条散热支路上每个散热模块33的开启，从而控制每条散热支路上散热模块33的开启数量，每条散热支路上的散热模块33互为备用，提高了散热装置的可靠性。
在散热过程中，存储有热量的液态导热介质通过流通管道331流入下腔体332内，在下腔体332内将热量传递给相变热管的蒸发段，再通过相变热管的冷凝段将热量传递给翅片334，最后通过走行风将翅片334上的热量带走，使液态导热介质的温度降低，实现液态导热介质的冷却，冷却后的液态导热介质流出下腔体332，进入下一个散热模块33或者通过回流管道42流回取热装置2。采用相变散热装置，经过“液态导热介质-相变工质-走行风”的传热路径，大大提高了散热速率和散热效果。采用相变散热技术，导热速度快，散热效率高，并且液态导热介质与风侧间接式传热，减少了泄漏风险。
本实施例中，走行风散热装置3设于车顶、车底或列车侧壁，这些安装位置无需占用列车专门位置，节省了空间，降低了散热装置对列车内部的噪声影响。例如，将走行风散热装置3设于车顶，每个散热模块33风侧所处高度高于列车的顶板或低于列车的顶板，散热模块风侧即为散热模块的翅片侧，在风侧实现走行风对散热模块的散热。在散热模块33风侧的进出口设置风道，该风道为喇叭型或直型。
本实施例中，调节装置为PLC控制器或微处理器或单片机等具有控制功能的模块或设备。
本实施例还提供一种利用如上实施例1所述散热系统进行散热的方法，包括以下步骤：
1、利用取热装置2收集发热设备1所产生的热量，将热量存储于液态导热介质中。
与发热设备1中发热源紧密接触的管道内的液态导热介质吸收发热源所产生的热量以收集该热量，通过液态导热介质在管道内的流动将热量经热传递装置4的导热管道41带入走行风散热装置3，以便通过列车行驶时的走行风散走液态导热介质中的热量，实现液态导热介质的散热或冷却。
2、温度传感器采集取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度，并将该温度传输给调节装置。
通过液态导热介质实现发热设备1热量的传导，取热装置2出口内液态导热介质的温度体现了发热设备1所产生的热量，取热装置2入口内液态导热介质的温度体现了能存储在液态导热介质内的发热设备1所产生的热量(液态导热介质温度越低，能够存储的热量越多)，因此在原有散热模块33开启数量和液态导热介质流量值的基础上，通过监测取热装置2出口或入口液态导热介质的温度，再增加或减少散热模块33的开启数量和/或增大或减小走行风散热装置3中液态导热介质的流量，以调节散热量，使取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，使发热设备1工作在一个合适的温度范围内，实现发热量与散热量的平衡控制，达到高效、低能耗的散热目的。
3、根据取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度控制走行风散热装置3中散热模块33的开启数量和/或走行风散热装置3中液态导热介质的流量，使取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡控制。
设第i个发热设备1所产生的热量为Qcri(v)，则k个发热设备1产生的总热量Qcrk为：
其中，v为列车行驶速度，单个发热设备1所产生的热量随着列车行驶速度v的变化而变化，列车行驶速度越大，单个发热设备1所产生的热量越大。设单个散热模块33的散热量为Qsrij(v,q)，则n×m个散热模块33的总散热量Qsrnm为：
其中，q为液态导热介质的流量，散热量不仅与列车行驶速度v有关，还与液态导热介质的流量q有关，行驶速度v越大，走行风风速越大，散热量越大，液态导热介质的流量q越大，散热量越大，当流量q一定时，每个散热模块33的散热量遵循式(3)的规律：
Qsrij(v)＝alnv+b (3)
其中，a，b均为常数。
单位时间内的热量即为功率，即单位时间内的总热量等于总发热功率，单位时间内的总散热量为散热功率，总发热功率的计算公式又为：
Pcr(v)＝λ×F(v)×v (4)
其中，Pcr(v)为行驶速度对应的总发热功率，F(v)为行驶速度对应的列车牵引力，v为列车行驶速度，λ为功率损耗系数，根据不同的车型，λ取值范围为0.5％～30％。本实施例中，λ取3.2％或4.3％
根据试验可以获得本实施例1中散热装置处于额定工况下发热功率、散热功率与行驶速度之间的关系，如图3所示。由图3可知，散热装置在额定工况下的散热量必须大于发热量才能保证发热设备的有效散热，但是实际工作过程中散热装置不可能一直工作在额定工况下，因此实际工作中需要进行调节，使散热量等于发热量。从图3中还可知，不同的行驶速度对应不同的散热功率，行驶速度越大，散热功率和发热功率越大，当行驶速度达到一定值时(例如95km/h)，散热功率继续增大，而发热功率保持不变。当列车行驶速度大于95km/h时，散热功率与行驶速度成基本正比，散热模块33单位体积的散热量高于常规强制风冷散热器的散热量。因此本实施例1中散热系统可以实现发热设备1的有效散热，特别是列车高速行驶时的有效散热。在列车高速行驶时，采用走行风散热装置3即可实现发热设备1的散热。
在原有散热模块33开启数量和液态导热介质流量值的基础上，根据取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度不断调整散热模块33的开启数量和/或液态导热介质的流量，使取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度维持在对应的阈值范围内，使发热设备1工作在一个合适的温度范围内，实现了发热量与散热量之间的平衡。具体的：
当取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度高于对应的阈值范围时，增加散热模块33的开启数量和/或增大液态导热介质的流量，提高散热量，使发热量与散热量平衡；当取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度低于对应的阈值范围时，减少散热模块33的开启数量和/或减小液态导热介质的流量，降低散热量，降低能耗，使发热量与散热量平衡。
实施例2
如图4所示，本实施例所提供的一种轨道列车的散热系统，包括取热装置2、温度传感器、热传递装置4、走行风散热装置3、车载冷却装置5以及调节装置；取热装置2与热传递装置4连接，热传递装置4分别与走行风散热装置3、车载冷却装置5连接，温度传感器设于取热装置2的出口或入口。
调节装置计算所有发热设备1的总发热功率，根据总发热功率控制走行风散热装置3启动，或者控制走行风散热装置3和车载冷却装置5启动；当仅走行风散热装置3启动时，按照实施例1的方法控制散热模块33的开启数量和/或液态导热介质的流量，使取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡控制；当走行风散热装置3和车载冷却装置5启动时，控制走行风散热装置3中所有散热模块33开启和控制走行风散热装置3中液态导热介质的流量为最大(即使走行风散热装置3工作在最大散热功率工况下)，同时根据取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度控制车载冷却装置5的散热功率，使取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡控制。
如图4所示，热传递装置4在实施例1的基础上还包括第一支路和第二支路，在第一支路、第二支路上分别设有第三阀门46和第四阀门47。当仅走行风散热装置3启动时，调节装置控制第一阀门44和第二阀门45开启，第三阀门46和第四阀门47关闭，液态导热介质仅流入走行风散热装置3进行散热；当走行风散热装置3和车载冷却装置5启动时，调节装置控制第一阀门44、第二阀门45、第三阀门46和第四阀门47开启，液态导热介质流入走行风散热装置3和车载冷却装置5进行散热。
车载冷却装置5为常规的冷却设备，例如车载冷却塔，车载冷却塔包括风机51和冷却塔换热器52，车载冷却塔通过风机51和冷却塔换热器52散走热量。走行风散热装置3的散热能力随着列车行驶速度的增加而增加，随着列车行驶速度的减小而减小，在列车启动或低速运行期间，虽然发热设备1的发热功率小，但是走行风散热装置3的散热量对应也小，再加上散热功率的部分损耗，不一定能保证发热设备1的有效散热。为了保证列车在启动、低速运行或减速运行中发热设备1的有效散热，本实施例中增加了车载冷却装置5，根据总发热功率控制走行风散热装置3启动，或者控制走行风散热装置3和车载冷却装置5启动，具体地：
当总发热功率Pcr(v)小于或等于Psr×λsh时，调节装置控制走行风散热装置3启动，再按照实施例1的方法控制走行风散热装置3中散热模块33的开启数量和/或走行风散热装置3中液态导热介质的流量，使取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡控制；
当总发热功率Pcr(v)大于Psr×λsh时，调节装置控制走行风散热装置3和车载冷却装置5启动，走行风散热装置3中所有散热模块33均开启和走行风散热装置3中液态导热介质的流量为最大，保证了走行风散热装置3工作在最大散热功率工况下，再根据取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度控制车载冷却装置5的散热功率，使取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡控制。
其中，Psr为走行风散热装置3的散热功率，λsh为散热损耗系数，
为走行风散热装置3的最大散热功率，总发热功率可以由式(4)计算得到，走行风散热装置3的散热功率可以由列车行驶速度与散热功率关系曲线得到。走行风散热装置3不能散去的那部分热量(即
对应的热量)由车载冷却装置5来进行散热，实现了发热量与散热量的平衡控制，实现了发热设备1的有效散热。这种控制方法，以走行风散热装置3散热优先原则，在走行风散热装置3的散热功率不足的情况下才由车载冷却装置5来弥补，既保证了发热设备1工作在一个合适的温度范围内，又节省了能耗，降低了噪音。
如图5所示，走行风散热装置3和车载冷却装置5在列车上的设置，走行风散热装置3设于车顶，散热模块33风侧所处高度高于列车的顶板或低于列车的顶板，该安装位置无需占用列车专门位置，节省了空间，降低了散热装置对列车内部的噪声影响。
本实施例还提供一种利用如上实施例2所述散热系统进行散热的方法，包括以下步骤：
1、利用取热装置2收集发热设备1所产生的热量，将热量存储于液态导热介质中。
2、温度传感器采集取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度，并将该温度传输给调节装置。
3、根据式(4)计算所有发热设备1的总发热功率。
步骤2和3没有时间上的先后顺序。
4、根据总发热功率控制走行风散热装置3启动，或者控制走行风散热装置3和车载冷却装置5启动。
当总发热功率Pcr(v)小于或等于Psr×λsh时，调节装置控制走行风散热装置3启动，再按照实施例1的方法控制走行风散热装置3中散热模块33的开启数量和/或走行风散热装置3中液态导热介质的流量，使取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡控制。
当总发热功率Pcr(v)大于Psr×λsh时，调节装置控制走行风散热装置3和车载冷却装置5启动，走行风散热装置3中所有散热模块33均开启和走行风散热装置3中液态导热介质的流量为最大，保证了走行风散热装置3工作在最大散热功率工况下，再根据取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度控制车载冷却装置5的散热功率，使取热装置2出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内，实现发热量与散热量的平衡控制。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轨道列车的散热系统，其特征在于，包括：
取热装置，用于收集发热设备的热量，并将所述热量存储于液态导热介质中；
设于所述取热装置出口或入口的温度传感器，所述温度传感器，用于检测所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度；
与所述取热装置连接的热传递装置，所述热传递装置，用于将存储有热量的液态导热介质传递给散热装置，以及将冷却后的液态导热介质传递给所述取热装置；
与所述热传递装置连接的走行风散热装置，所述走行风散热装置，用于利用走行风对流入的液态导热介质进行散热；
调节装置，用于根据所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度控制所述走行风散热装置中散热模块的开启数量和/或所述走行风散热装置中液态导热介质的流量，使所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内。
2.如权利要求1所述的一种轨道列车的散热系统，其特征在于：所述走行风散热装置采用分布式结结构，所述走行风散热装置包括多条散热支路；每条所述散热支路均包括多个依次串接或并联的散热模块；在每条所述散热支路的输入端设有输入阀门，在每条所述散热支路的输出端设有输出阀门；每条所述散热支路的输入端均与所述热传递装置的导热管道连接，每条所述散热支路的输出端均与所述热传递装置的回流管道连接。
3.如权利要求1所述的一种轨道列车的散热系统，其特征在于：所述走行风散热装置设于车顶、车底或列车侧壁。
4.如权利要求1所述的一种轨道列车的散热系统，其特征在于：所述散热模块为相变散热装置，所述相变散热装置包括下腔体、设于所述下腔体内的流通管道、上腔体以及平行层叠布置的多层相变热管；所述相变热管的蒸发段设于所述下腔体内，所述相变热管的冷凝段设于所述上腔体内；在相变热管的冷凝段、相邻两层相变热管之间均设有翅片，至少部分所述翅片位于风道内。
5.如权利要求1～4中任一项所述的一种轨道列车的散热系统，其特征在于：还包括与所述热传递装置连接的车载冷却装置；
所述调节装置还用于计算所有发热设备的总发热功率，根据所述总发热功率控制所述走行风散热装置的启动，或者控制所述走行风散热装置和所述车载冷却装置的启动。
6.一种利用如权利要求1～5中任一项所述散热系统进行散热的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：收集发热设备所产生的热量，将所述热量存储于液态导热介质中；
步骤2：获取取热装置出口或入口内液态导热介质的温度；
步骤3：根据所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度控制所述走行风散热装置中散热模块的开启数量和/或所述走行风散热装置中液态导热介质的流量，使所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤3中，散热模块的开启数量和/或液态导热介质的流量控制过程为：
当所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度高于对应的阈值范围时，增加散热模块的开启数量和/或增大液态导热介质的流量；
当所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度低于对应的阈值范围时，减少散热模块的开启数量和/或减小液态导热介质的流量；
所述阈值范围根据发热设备的工作温度范围来设置。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于：在所述步骤1之后且在所述步骤3之前，所述方法还包括：
计算所有发热设备的总发热功率；
根据所述总发热功率控制所述走行风散热装置启动，或者控制所述走行风散热装置和车载冷却装置启动；
当仅所述走行风散热装置启动时，执行步骤3；
当所述走行风散热装置和车载冷却装置均启动时，控制所述走行风散热装置中所有散热模块均开启和控制所述走行风散热装置中液态导热介质的流量为最大，同时根据所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度控制所述车载冷却装置的散热功率，使所述取热装置出口或入口内液态导热介质的温度在对应阈值范围内。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述总发热功率的计算表达式为：
Pcr(v)＝λ×F(v)×v
其中，Pcr(v)为行驶速度对应的总发热功率，F(v)为行驶速度对应的列车牵引力，v为列车行驶速度，λ为功率损耗系数，根据不同的车型，λ取值范围为0.5％～30％。
10.一种轨道列车，其特征在于：包括如权利要求1～5中任一项所述的散热系统。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113677169A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-11-19 | 新风光电子科技股份有限公司 | 一种分离式相变散热的逆变装置 |
| CN114132349A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-04 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 变流装置冷却系统、维护方法、维护装置及变流装置 |
| WO2022156267A1 (zh) * | 2021-01-20 | 2022-07-28 | 中车株洲电力机车有限公司 | 轨道列车及其散热系统、散热方法 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1643823A1 (de) * | 2004-09-27 | 2006-04-05 | KERMI GmbH | Fluid-Kühleinrichtung zur Kühlung wenigstens einer Verlustwärme erzeugenden Komponente |
| US20090116189A1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-07 | Compucase Enterprise Co., Ltd. (Taiwan) | Cooling System for a Computer Power Supply Unit |
| CN102361390A (zh) * | 2011-09-23 | 2012-02-22 | 中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心 | 散热器及功率模块 |
| US20130248140A1 (en) * | 2012-03-22 | 2013-09-26 | Xyratex Technology Limited | Method and apparatus for controlling the temperature of components |
| JP2017120067A (ja) * | 2015-12-29 | 2017-07-06 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフトＤａｉｍｌｅｒ ＡＧ | 車両用冷却システムの制御装置 |
| CN206914326U (zh) * | 2015-01-08 | 2018-01-23 | 三菱电机株式会社 | 铁道车辆用冷却装置 |
| CN108990393A (zh) * | 2018-09-06 | 2018-12-11 | 郑州云海信息技术有限公司 | 一种机柜级服务器冷却系统 |
| CN208364538U (zh) * | 2018-07-10 | 2019-01-11 | 九三粮油工业集团有限公司 | 一种用于植物油厂膨化设备的液压油冷却系统 |
| CN209420175U (zh) * | 2018-08-20 | 2019-09-20 | 阳光电源股份有限公司 | 车辆、控制器散热总成以及控制器的散热系统 |
| CN111186289A (zh) * | 2020-03-03 | 2020-05-22 | 三一专用汽车有限责任公司 | 冷却系统、控制方法及电动车 |
| CN111381644A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-07 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种面向高性能计算机的液冷冷却系统 |
| CN112161500A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-01 | 湖南联诚轨道装备有限公司 | 一种冷却系统 |
| CN112217424A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-01-12 | 国电龙源节能技术有限公司上海分公司 | 一种中压变频器柜的冷却风扇及空调的控制装置及方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2806444B1 (fr) * | 2000-03-17 | 2002-06-07 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif de refroidissement d'un moteur de vehicule automobile |
| DE102008057730A1 (de) * | 2008-11-17 | 2010-05-20 | Brüning, Olaf | Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Transport thermischer Energie über ein flüssiges Medium |
| CN106314110A (zh) * | 2016-09-12 | 2017-01-11 | 法乐第(北京)网络科技有限公司 | 电动汽车组件冷却系统、冷却方法及应用该系统的电动汽车 |
| CN209553190U (zh) * | 2019-01-23 | 2019-10-29 | 石家庄宏通达机车设备有限责任公司 | 一种轨道机车用散热装置 |
| CN111526693A (zh) * | 2019-02-01 | 2020-08-11 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 变流装置散热器 |
| CN111654997B (zh) * | 2020-05-06 | 2022-10-04 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 车辆走行风冷式散热系统及方法 |
| CN112954952B (zh) * | 2021-01-20 | 2023-04-07 | 中车株洲电力机车有限公司 | 轨道列车及其散热系统、散热方法 |
-
2021
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- 2021-09-29 WO PCT/CN2021/121624 patent/WO2022156267A1/zh unknown
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1643823A1 (de) * | 2004-09-27 | 2006-04-05 | KERMI GmbH | Fluid-Kühleinrichtung zur Kühlung wenigstens einer Verlustwärme erzeugenden Komponente |
| US20090116189A1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-07 | Compucase Enterprise Co., Ltd. (Taiwan) | Cooling System for a Computer Power Supply Unit |
| CN102361390A (zh) * | 2011-09-23 | 2012-02-22 | 中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心 | 散热器及功率模块 |
| US20130248140A1 (en) * | 2012-03-22 | 2013-09-26 | Xyratex Technology Limited | Method and apparatus for controlling the temperature of components |
| CN206914326U (zh) * | 2015-01-08 | 2018-01-23 | 三菱电机株式会社 | 铁道车辆用冷却装置 |
| JP2017120067A (ja) * | 2015-12-29 | 2017-07-06 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフトＤａｉｍｌｅｒ ＡＧ | 車両用冷却システムの制御装置 |
| CN208364538U (zh) * | 2018-07-10 | 2019-01-11 | 九三粮油工业集团有限公司 | 一种用于植物油厂膨化设备的液压油冷却系统 |
| CN209420175U (zh) * | 2018-08-20 | 2019-09-20 | 阳光电源股份有限公司 | 车辆、控制器散热总成以及控制器的散热系统 |
| CN108990393A (zh) * | 2018-09-06 | 2018-12-11 | 郑州云海信息技术有限公司 | 一种机柜级服务器冷却系统 |
| CN111381644A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-07 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种面向高性能计算机的液冷冷却系统 |
| CN111186289A (zh) * | 2020-03-03 | 2020-05-22 | 三一专用汽车有限责任公司 | 冷却系统、控制方法及电动车 |
| CN112217424A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-01-12 | 国电龙源节能技术有限公司上海分公司 | 一种中压变频器柜的冷却风扇及空调的控制装置及方法 |
| CN112161500A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-01 | 湖南联诚轨道装备有限公司 | 一种冷却系统 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022156267A1 (zh) * | 2021-01-20 | 2022-07-28 | 中车株洲电力机车有限公司 | 轨道列车及其散热系统、散热方法 |
| CN113677169A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-11-19 | 新风光电子科技股份有限公司 | 一种分离式相变散热的逆变装置 |
| CN114132349A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-04 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 变流装置冷却系统、维护方法、维护装置及变流装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| WO2022156267A1 (zh) | 2022-07-28 |
| EP4280831A1 (en) | 2023-11-22 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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