CN113490401A - 一种用于氢能源机车的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于氢能源机车的冷却装置，包括牵引变流器冷却回路、氢燃料电池DC/DC模块冷却回路和空气回路；所述牵引变流器冷却回路用于对牵引变流器进行循环冷却，所述氢燃料电池DC/DC模块冷却回路用于对氢燃料电池DC/DC模块进行循环冷却，所述空气回路用于对设置于牵引变流器冷却回路和氢燃料电池DC/DC模块冷却回路中的第一散热器和第二散热器进行风冷,以实现对氢能源机车的冷却。本发明中通过将牵引变流器冷却回路、氢燃料电池DC/DC模块冷却回路和空气回路采用冗余设计，保证任意冷却回路发生故障时不影响其他的冷却回路的工作。

Description

一种用于氢能源机车的冷却装置
技术领域
本发明涉及冷却处理技术领域，具体地，涉及一种用于氢能源机车的冷却装置。
背景技术
氢能源机车(氢燃料混合动力机车)现有的冷却装置存在着以下缺点：①无冷却回路冗余设计，如冷却回路某部件损坏，则整个冷却装置发生故障，停止工作，影响车辆的运行；②风机噪声高，影响列车舒适性；③冷却装置采用上进风下出风结构，柳絮等污垢容易被吸进冷却装置，堵塞散热器；④组合散热器上下叠放设计，容易堵塞，不易清洗，不易维护；⑤散热器风侧翅片未进行防腐涂装，散热器故障率高，寿命低；⑥骨架、风道和水泵安装座等部件，单独结构，空间尺寸需求大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种用于氢能源机车的冷却装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于氢能源机车的冷却装置，包括牵引变流器冷却回路、氢燃料电池DC/DC模块冷却回路和空气回路；
所述牵引变流器冷却回路用于对牵引变流器进行冷却,其包括第一膨胀水箱和第一散热器，所述第一膨胀水箱用于存储冷却介质，且第一膨胀水箱和牵引变流器之间设有A1段管路和A2段管路，冷却介质通过A1段管路输送至牵引变流器处再通过A2段管路回流至第一膨胀水箱内；所述第一散热器设置于A2段管路上用于对流经A2段管路的冷却介质进行换热；
所述氢燃料电池DC/DC模块冷却回路用于对氢燃料电池DC/DC模块进行冷却，其包括第二膨胀水箱和第二散热器，所述第二膨胀水箱用于存储冷却介质，且第二膨胀水箱与氢燃料电池DC/DC模块之间设有B1段管路和B2段管路，冷却介质通过B1段管路输送至氢燃料电池DC/DC模块处再通过B2段管路回流至第二膨胀水箱内；所述第二散热器设置于B2段管路上用于对流经B2段管路的冷却介质进行换热；
所述空气回路包括冷却风机，所述冷却风机与第一散热器和第二散热器对应设置，用于对第一散热器和第二散热器进行风冷处理。
优选的，所述牵引变流器的外侧还设有用于安装牵引变流器的主变流器柜，所述主变流器柜与牵引变流器之间设有空腔，所述A1段管路采用环绕的方式布置于空腔内。
优选的，所述氢燃料电池DC/DC模块的外侧设有用于安装氢燃料电池DC/DC模块的DC/DC柜，所述DC/DC柜与氢燃料电池DC/DC模块之间设有空腔，所述B1段管路采用环绕的方式布置于空腔内。
优选的，所述A1段管路上沿水流方向依次设有第一过滤器和第一蝶阀，所述A2段管路上设有第二蝶阀。
优选的，所述B1段管路上沿水流方向依次设有第二过滤器和第三蝶阀，所述B2段管路上设有第四蝶阀。
优选的，所述第一散热器上还设有用于排气的第一排气管；所述第一膨胀水箱上还连接有第二排气管，所述第二排气管用于将第一膨胀水箱内的空气排出。
优选的，所述第二散热器上还设有用于排气的第三排气管；所述第二膨胀水箱上还连接有第四排气管，所述第四排气管用于将第二膨胀水箱内的空气排出。
优选的，所述第一散热器和第二散热器采用左右拼接的方式布置。
优选的，所述第一散热器与第二散热器采用反对称的方式设置。
优选的，所述第一散热器和第二散热器的风侧翅片上均设有纳米涂层。
优选的，所述纳米涂层的厚度大于等于8微米。
所述冷却风机包括进风道、叶轮、驱动电机和出风道；所述叶轮设置于进风道的下方，且与进风道之间设有间距H；所述驱动电机与叶轮连接，且驱动电机的电机风筒上设有多组散热孔；所述出风道内设有导流筒，所述导流筒设置为锥形结构。
优选的，所述进风道与叶轮之间采用圆弧结构过渡。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过设置牵引变流器冷却回路和氢燃料电池DC/DC模块冷却回路分别对牵引变流器和氢燃料电池DC/DC模块进行循环冷却，并通过设置空气回路对牵引变流器冷却回路和氢燃料电池DC/DC模块冷却回路中的散热器进行强迫风冷，以实现对氢能源机车的冷却；本发明中可通过将牵引变流器冷却回路、氢燃料电池DC/DC模块冷却回路和空气回路采用冗余设计，保证任意冷却回路发生故障时不影响其他的冷却回路的工作。
(2)本发明中通过将牵引变流器冷却回路和氢燃料电池DC/DC模块冷却回路中的散热器采用左右反对称的方式组合设置，减少了散热器的安装空间，以及便于对散热器进行维护、清洗。
(3)本发明中通过将散热器的风侧翅片上设置纳米涂层，提高了散热器的防腐能力，并延长了散热器的使用寿命。
(4)本发明中通过整体结构采用集成设计，有效减少了占用的空间。
(5)本发明中通过将冷却风机的出风道设置成锥形结构，并加大叶轮与进风道之间的间距，使冷却风机的气动更好流畅、风机噪音更低。
(6)本发明中通过将冷却风机的进风道与叶轮之间的过渡段设置成圆弧结构，提高了冷却风机的效率、同时降低了冷却风机的损耗。
(7)本发明中通过在冷却风机的驱动电机的电机风筒上设置有若干散热孔，以确保冷却风机的散热效果。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例中冷却装置的第一轴测示意图；
图2是本发明实施例中冷却装置的第二轴测示意图；
图3是本发明实施例中冷却装置的原理示意图(其中
Figure BDA0003227078160000031
表示水流方向，
Figure BDA0003227078160000032
表示风流方向)；
图4是本发明实施例中冷却风机的主视剖面示意图；
图5是本发明实施例中组合散热器的运行示意图。
其中：
1、骨架；2、第一膨胀水箱，3、第一水泵，4、第一散热器，5、主变流器柜，6、A1段管路，7、第一送水管，8、第一补水管，9、第一排气管，10、第二排气管，11、第一过滤器，12、第一蝶阀，13、第二蝶阀；14、第二膨胀水箱，15、第二水泵，16、第二散热器，17、DC/DC柜，18、第二进水管，19、第二送水管，20、第二补水管，21、第三排气管，22、第四排气管，23、第二过滤器，24、第三蝶阀，25、第四蝶阀；26、冷却风机，26.1、导流筒，26.2、叶轮，26.3、进风道，27、过渡风道，27.1、维护窗口；H、进风口与叶轮之间的间距。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点等能够更加明确易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精确比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施；本发明中所提及的若干，并非限于附图实例中具体数量；本发明中所提及的‘前’‘中’‘后’‘左’‘右’‘上’‘下’‘顶部’‘底部’‘中部’等指示的方位或位置关系，均基于本发明附图所示的方位或位置关系，而不指示或暗示所指的装置或零部件必须具有特定的方位，亦不能理解为对本发明的限制。
实施例:
参见图1至图5所示，一种用于氢能源机车的冷却装置，包括骨架1以及安装于骨架1上的牵引变流器冷却回路、氢燃料电池DC/DC模块冷却回路和空气回路。
所述牵引变流器冷却回路包括第一膨胀水箱2、第一水泵3、第一散热器4、主变流器柜5、A1段管路6、第一送水管7、第一补水管8、第一排气管9、第二排气管10、第一过滤器11、第一蝶阀12和第二蝶阀13；
第一水泵3的进水端通过第一送水管7与储水装置(外界水源或水箱等装置)相连、出水端通过第一补水管8与第一膨胀水箱2相连，形成用于将冷却介质(水等可用于冷却的液体)泵送至第一膨胀水箱2内进行存储的进水管路A；
A1段管路6连接第一膨胀水箱2、第一水泵3和牵引变流器，A2段管路连接牵引变流器、第一散热器4和第一膨胀水箱2，冷却介质(水或其他冷却液)通过第一水泵3泵送至A1段管路6内并输送至牵引变流器处，以对牵引变流器进行冷却，再通过A2段管路回流至第一膨胀水箱2内(且冷却介质在回流至第一膨胀水箱2内的途中经第一散热器4进行散热处理)，从而实现对牵引变流器的循环冷却。
优选的，为使A1段管路6能够更多的带走牵引变流器在运行过程中所产生的热量，所述牵引变流器的外侧设有主变流器柜5，所述主变流器柜5优选设置为密封结构，且主变流器柜5与牵引变流器之间设有空腔，A1段管路6采用多层叠加环绕的方式布置于空腔内，以通过增加A1段管路6与牵引变流器之间的接触面积而更多的带走热量。
优选的，为使冷却介质能够在A1段管路6中流畅的实现循环流动，所述A1段管路6沿水流方向还依次连接有第一过滤器11和第一蝶阀12，冷却介质通过第一水泵3进行泵送、经由第一过滤器11进行过滤后流至环绕于空腔内的A1段管路6中，并通过第一蝶阀12控制第一水泵3与主变流器柜5之间A1段管路6的连通或断开。
优选的，所述A2段管路上还连接有第二蝶阀13，第二蝶阀13用于控制A1段管路6与A2段管路之间的连通或断开。
优选的，所述第一散热器4上还设有用于排气的第一排气管9。
优选的，第一膨胀水箱2上还设有用于排气的第二排气管10。
所述氢燃料电池DC/DC模块冷却回路包括第二膨胀水箱14、第二水泵15、第二散热器16、DC/DC柜17、B1段管路18、第二送水管19、第二补水管20、第三排气管21、第四排气管22、第二过滤器23、第三蝶阀24和第四蝶阀25；
第二水泵15的进水端通过第二送水管19与储水装置相连、出水端通过第二补水管20与第二膨胀水箱14相连，形成用于将冷却介质泵送至第二膨胀水箱14内进行存储的进水管路B；
B1段管路18连接第二膨胀水箱14、第二水泵15和氢燃料电池DC/DC模块，B2段管路连接氢燃料电池DC/DC模块、第二散热器16和第二膨胀水箱14，冷却介质通过第二水泵15泵送至氢燃料电池DC/DC模块处，以对氢燃料电池DC/DC模块进行冷却，再通过B2段管路回流至第二膨胀水箱14内(且冷却介质在回流至第二膨胀水箱14内的途中经第二散热器16进行散热处理)，从而实现对氢燃料电池DC/DC模块的循环冷却。
优选的，为使B1段管路18能够更多的带走氢燃料电池DC/DC模块在运行过程中所产生的热量，所述氢燃料电池DC/DC模块的外侧还设有DC/DC柜17，所述DC/DC柜17优选设置为密封结构，且DC/DC柜17与氢燃料电池DC/DC模块之间设有空腔，B1段管路18采用多层叠加环绕的方式布置于空腔内，以通过增加B1段管路18与氢燃料电池DC/DC模块之间的接触面积而更多的带走热量。
优选的，所述B1段管路18沿水流方向还依次连接有第二过滤器23和第三蝶阀24，冷却介质通过第二水泵15进行泵送、经由第二过滤器23进行过滤后流至环绕于DC/DC柜17内的B1段管路18中，并通过第三蝶阀24控制第二水泵15与氢燃料电池DC/DC模块之间的连通或断开。
优选的，所述B2段管路上还连接有第四蝶阀25，第四蝶阀25用于控制B1段管路与B2段管路之间的连通或断开。
优选的，所述第二散热器16上设有用于排气的第三排气管21，第二膨胀水箱14上设有用于排气的第四排气管22。
优选的，为更好的减少第一散热器4与第二散热器16的占用空间，所述第一散热器4和第二散热器16采用左右并列的方式设置。
优选的，为避免第一散热器4和第二散热器16中热量过于集中，所述第一散热器4和第二散热器16采用反对称的方式设置。
优选的，为增加第一散热器4和第二散热器16的使用寿命，所述第一散热器4和第二散热器16的风侧翅片上均设有纳米涂层，且纳米涂层的厚度大于等于8微米。
所述空气回路包括冷却风机26，所述冷却风机26优选设置有两件，两件冷却风机26的出风道分别与通过过渡风道27与第一散热器4、第二散热器16相连，以对第一散热器4和第二散热器16进行强迫风冷。
优选的，所述冷却风机26包括进风道26.3、叶轮26.2、驱动电机和出风道，叶轮26.2设置于进风道26.3的下方，且叶轮26.2与进风道26.3之间设有间距H，所述驱动电机与叶轮26.2连接，且驱动电机的电机风筒上设有多组散热孔，所述出风道内设有导流筒26.1。
优选的，所述进风道26.3与叶轮26.2之间的间距H优选设置为150mm-180mm。
优选的，所述导流筒26.1优选设置为锥形结构。
优选的，所述进风道26.3与叶轮26.2之间采用圆弧结构过渡。
优选的，为便于对过渡风道27内进行清理，所述过渡风道27上还设有可拆卸的维护窗口27.1。
采用本实施例的方案，可以实现同时对牵引变流器、氢燃料电池DC/DC模块以及组合散热器(组合散热器包括第一散热器4和第二散热器16)进行冷却处理，也可以对牵引变流器、氢燃料电池DC/DC模块以及组合散热器中的任意一项或任意两项组合进行冷却。
优选的，除上述所述的结构以外，本发明中的主变流器柜5和DC/DC柜17还可设置为如下结构：
所述主变流器柜5包括用于安装牵引变流器的第一密封腔和用于存储冷却介质的第二密封腔，所述第二密封腔环绕第一密封腔，且第二密封腔上设有用于与循环冷却管路A连接的第一进水口和第一出水口，打开第一蝶阀12，将冷却介质输送至第一密封腔内，一定时间后打开第二蝶阀13，将第一密封腔内的冷却介质输送至第一散热器4内进行散热处理；
所述DC/DC柜17包括用于安装氢燃料电池DC/DC模块的第三密封腔和用于存储冷却介质的第四密封腔，所述第三密封腔环绕第四密封腔，且第三密封腔上设有用于与循环冷却管路B连接的第二进水口和第二出水口，打开第三蝶阀24，将冷却介质输送至第三密封腔内，一定时间后打开第四蝶阀25，将第三密封腔内的冷却介质输送至第二散热器16内进行散热处理。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于氢能源机车的冷却装置，其特征在于：包括牵引变流器冷却回路、氢燃料电池DC/DC模块冷却回路和空气回路；
所述牵引变流器冷却回路用于对牵引变流器进行冷却,其包括第一膨胀水箱和第一散热器，所述第一膨胀水箱用于存储冷却介质，且第一膨胀水箱和牵引变流器之间设有A1段管路和A2段管路，冷却介质通过A1段管路输送至牵引变流器处再通过A2段管路回流至第一膨胀水箱内；所述第一散热器设置于A2段管路上用于对流经A2段管路的冷却介质进行换热；
所述氢燃料电池DC/DC模块冷却回路用于对氢燃料电池DC/DC模块进行冷却，其包括第二膨胀水箱和第二散热器，所述第二膨胀水箱用于存储冷却介质，且第二膨胀水箱与氢燃料电池DC/DC模块之间设有B1段管路和B2段管路，冷却介质通过B1段管路输送至氢燃料电池DC/DC模块处再通过B2段管路回流至第二膨胀水箱内；所述第二散热器设置于B2段管路上用于对流经B2段管路的冷却介质进行换热；
所述空气回路包括冷却风机，所述冷却风机与第一散热器和第二散热器对应设置，用于对第一散热器和第二散热器进行风冷处理。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：所述牵引变流器的外侧还设有用于安装牵引变流器的主变流器柜，所述主变流器柜与牵引变流器之间设有空腔，所述A1段管路采用环绕的方式布置于空腔内；
所述氢燃料电池DC/DC模块的外侧设有用于安装氢燃料电池DC/DC模块的DC/DC柜，所述DC/DC柜与氢燃料电池DC/DC模块之间设有空腔，所述B1段管路采用环绕的方式布置于空腔内。
3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于：所述A1段管路上沿水流方向依次设有第一过滤器和第一蝶阀，所述A2段管路上设有第二蝶阀；
所述B1段管路上沿水流方向依次设有第二过滤器和第三蝶阀，所述B2段管路上设有第四蝶阀。
4.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于：所述第一散热器上还设有用于排气的第一排气管；所述第一膨胀水箱上还连接有第二排气管，所述第二排气管用于将第一膨胀水箱内的空气排出；
所述第二散热器上还设有用于排气的第三排气管；所述第二膨胀水箱上还连接有第四排气管，所述第四排气管用于将第二膨胀水箱内的空气排出。
5.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：所述第一散热器和第二散热器采用左右拼接的方式布置。
6.根据权利要求5所述的冷却装置，其特征在于：所述第一散热器与第二散热器采用反对称的方式设置。
7.根据权利要求6所述的冷却装置，其特征在于：所述第一散热器和第二散热器的风侧翅片上均设有纳米涂层。
8.根据权利要求7所述的冷却装置，其特征在于：所述纳米涂层的厚度大于等于8微米。
9.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：所述冷却风机包括进风道、叶轮、驱动电机和出风道；
所述叶轮设置于进风道的下方，且与进风道之间设有间距H；
所述驱动电机与叶轮连接，且驱动电机的电机风筒上设有多组散热孔；
所述出风道内设有导流筒，所述导流筒设置为锥形结构。
10.根据权利要求9所述的冷却装置，其特征在于：所述进风道与叶轮之间采用圆弧结构过渡。
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