ES2644509T3 - Dispositivo aerólico de refrigeración de un elemento de un vehículo ferroviario y vehículo ferroviario correspondiente - Google Patents

Dispositivo aerólico de refrigeración de un elemento de un vehículo ferroviario y vehículo ferroviario correspondiente Download PDF

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Description

DESCRIPCION
Dispositivo aerolico de refrigeracion de un elemento de un vehlcuio ferroviario y vehlcuio ferroviario correspondiente
5 [0001] La presente invencion se refiere a un dispositivo aerolico de refrigeracion de un elemento de un
vehlcuio ferroviario, destinado a estar colocado sobre un techo de dicho vehlculo ferroviario, del tipo que comprende un conducto, que se extiende sustancialmente longitudinalmente con respecto al vehlculo ferroviario y que consta sucesivamente de una porcion delantera, provista de una apertura delantera para la admision de aire, una porcion central, en la que esta alojado dicho elemento que se va a refrigerar y una porcion trasera, provista de una apertura 10 trasera para la evacuacion de aire.
[0002] La invencion se refiere mas particularmente a un dispositivo aerolico de refrigeracion de unos tubos de circulacion de un fluido caloportador de un condensador de un dispositivo de refrigeracion, especialmente un dispositivo de refrigeracion de unos componentes electronicos de potencia para la alimentacion de los motores de
15 traccion del vehlculo.
[0003] Para asegurar el funcionamiento de tal condensador con un buen rendimiento, es necesario generar un flujo de aire alrededor de unos tubos, de manera que facilite el intercambio de calor entre los tubos y el aire que los rodea.
20
[0004] El documento EP 0 578 549 describe un dispositivo aerolico de refrigeracion que consta de un conducto de circulacion de aire en el interior del que se aloja un elemento que se va a refrigerar, en este caso un reostato de frenado. El conducto posee unas porciones delantera y trasera, que forman unas tomas de aire moviles que pueden ser desplegados por encima del capo de techo del vehlculo ferroviario, a fin de desviar una fraccion del
25 aire que fluye a lo largo del vehlculo en movimiento, para hacerlo circular alrededor del elemento que se va a refrigerar.
[0005] No obstante, tal dispositivo aerolico de refrigeracion no es completamente satisfactorio. El flujo de aire que transita por el conducto es vulnerable a un fallo mecanico de unos cilindros de accionamiento de unas porciones
30 anterior y trasera. Asl, la solucion con tomas de aire moviles no es practica.
[0006] Ademas, tal dispositivo aerolico de refrigeracion esta sustancialmente a la velocidad del vehlculo. A reducida velocidad, el flujo de aire dirigido sobre el elemento que se va a refrigerar es insuficiente. A velocidad alta, la capa llmite del flujo de aire alrededor del vehlculo ferroviario tiene tendencia a despegarse y a separarse de las
35 paredes externas del vehlculo y a pasar mas alla de las tomas de aire delantera y trasera. Por lo tanto, el flujo de aire captado por el dispositivo es insuficiente para asegurar una refrigeracion eficaz.
[0007] El documento WO 2008/031752 divulga un dispositivo aerolico que comprende un conducto cuyo perfil, entre una apertura delantera para la admision de aire y una apertura trasera para la evacuacion de aire,
40 evoluciona de manera que genera una aceleracion del flujo de aire en el conducto por efecto Venturi.
[0008] La invencion tiene por tanto como objetivo paliar los problemas precitados.
[0009] A tal efecto, la invencion tiene como objeto un dispositivo y un vehlculo ferroviario segun las 45 reivindicaciones.
[0010] La invencion se comprendera mejor con la lectura de la descripcion que aparece a continuacion, dada unicamente a tltulo de ejemplo y realizada en referencia a las figuras anexas entre las que:
50 - la figura 1 es una vista en perspectiva de un vehlculo ferroviario que comprende un dispositivo aerolico segun un ejemplo de modo de realizacion de la invencion;
- la figura 2 es una vista en perspectiva del dispositivo aerolico de refrigeracion que equipa el vehlculo ferroviario de la figura 1, representado parcialmente, y cuyas ciertas paredes se representan en transparencia; y
- la figura 3 es una vista en seccion, representada parcialmente, segun un plano longitudinal al vehlculo, del 55 dispositivo de refrigeracion de la figura 2.
[0011] La figura 1 es una representation general de un vehlculo ferroviario 1.
[0012] En la presente descripcion, un punto de referencia XYZ esta asociado al vehlculo 1, con el eje X, el eje
longitudinal del vehlculo 1, orientado desde atras hacia delante segun el sentido de desplazamiento del vehlcuio 1; el eje Y, el eje transversal del vehlculo ferroviario orientado de derecha a izquierda; y el eje Z, el eje vertical del vehlculo 1, orientado desde abajo hacia arriba.
5 [0013] El vehlculo 1 consta al menos de un vagon 14, cuya caja consta de unas paredes lateral 16 y un techo
18.
[0014] El techo 18 lleva un capo 17 para los equipos del vehlculo colocados en techo.
10 [0015] En particular, el capo 17 delimita un alojamiento 22, abierto por la parte de arriba, de recepcion de dos
dispositivos aerolicos de refrigeracion 10.
[0016] Cada dispositivo 10 esta dispuesto, sobre el techo 18 del vehlculo 1, entre dos paredes transversales delantera y trasera del capo 17. Los dispositivos 10 estan dispuestos simetricamente con respecto a un plano medio
15 X-X del vagon 14.
[0017] Un dispositivo aerolico de refrigeracion 10 esta destinado a refrigerar la parte condensador 12 de un dispositivo de refrigeracion 13 (figura 3) de un conjunto de transistores bipolares con rejilla aislada (conocido bajo el acronimo ingles «IGBT» para «Insulated Gate Bipolar Transistor») para la alimentacion de los motores de traccion
20 del vehlculo.
[0018] El condensador 12 esta constituido por una pluralidad de tubos 14 de circulacion de un fluido caloportador alojados en el interior del dispositivo 10 como se describira mas abajo.
25 [0019] Como se representa en seccion segun un plano paralelo al plano X-Z en las figuras 2 y 3, el
dispositivo 10 comprende un conducto principal 24 y un conducto secundario 26, estando un paso 50 de circulacion de aire proporcionado entre el conducto principal 24 y el conducto secundario 26.
[0020] El conducto principal 24 se extiende sustancialmente longitudinalmente.
30
[0021] Entre una apertura delantera 28 y una apertura trasera 30, el conducto principal 24 comprende sucesivamente, desde delante hacia atras, una porcion delantera 32, una porcion central 34 y una porcion trasera 36.
35 [0022] La porcion central 34 es la porcion en el interior de la que se alojan los tubos 14 del condensador 12
que se va a refrigerar. Estos se montan de manera que esten dispuestos paralelamente a la direction transversal Y.
[0023] La porcion delantera 32 constituye una toma de aire delantera de admision de aire fresco en el conducto principal 24.
40
[0024] La porcion delantera 32 se ensancha de modo que la apertura delantera 28 se extienda, en proyeccion en un plano transversal Y-Z, lo mas cerca posible del galibo del vehlculo 1, de manera que capte las corrientes de aire de flujo a lo largo del capo 17, a la vez en la parte superior y en los lados de este.
45 [0025] La porcion trasera 36 constituye una toma de aire trasera de retorno de aire caliente del conducto
principal 24.
[0026] La porcion trasera se ensancha de modo que la apertura trasera 30 se extiende, en proyeccion en un plano transversal Y-Z, lo mas cerca posible del galibo del vehlculo 1, de manera que se expulse el aire que circula
50 en el conducto principal 24 por encima y en los lados del capo 17.
[0027] Las paredes del conducto principal 24 presentan, segun el plano X-Z, un perfil tal que la seccion transversal del conducto disminuye de la apertura delantera 28 hacia la porcion central 34 despues aumenta de la porcion central 34 hacia la apertura trasera 30.
55
[0028] Mas precisamente, la evolution longitudinal de la seccion transversal del conducto principal 24 varla de manera que genere una aceleracion del flujo de aire por efecto Venturi en la porcion central 34.
[0029] La porcion delantera 32 presenta as! una seccion transversal cuya superficie disminuye desde delante
hacia atras. La variacion de la superficie de la seccion transversal es continua desde la apertura delantera 28 hasta la entrada de la porcion central 34.
[0030] La ratio entre la superficie de la seccion transversal de la porcion delantera 32 al nivel de la apertura 5 delantera 28 y la superficie de la seccion transversal de la porcion delantera 32 al nivel de su union con la porcion
central 34 es superior a 2, ventajosamente comprendido entre 2 y 3.
[0031] La porcion trasera 36 presenta as! una seccion transversal cuya superficie aumenta desde delante hacia atras. La variacion de la superficie de la seccion transversal es continua desde la union con la porcion central
10 34 hasta la apertura trasera 30.
[0032] La ratio entre la superficie de la seccion transversal de la porcion trasera 36 al nivel de la apertura trasera 30 y la superficie de la seccion transversal de la porcion trasera 36 al nivel de su union con la porcion central 34 es superior a 2, ventajosamente comprendido entre 2 y 3.
15
[0033] Por la geometrla adaptada del conducto principal 24, el aire se acelera de manera que circule con una velocidad adaptada alrededor de unos tubos 14 que se van a refrigerar. Esta aceleracion permite compensar una velocidad reducida de admision en la porcion delantera 32 del conducto principal 24, velocidad que serla insuficiente para refrigerar el elemento que se va a refrigerar.
20
[0034] Asl, incluso para una reducida velocidad de circulacion del vehlculo ferroviario, el flujo de aire que circula en la porcion central es suficientemente importante para permitir evacuar la cantidad de calor necesaria para un funcionamiento eficaz del dispositivo que se va a refrigerar.
25 [0035] De preferencia, para mejorar mas los rendimientos del conducto principal 24, el dispositivo 10 consta
de un conducto secundario 26, que se extiende sustancialmente paralelamente y por encima del conducto principal 24, en el sentido longitudinal del vehlculo ferroviario.
[0036] Entre un orificio delantero 40 y un orificio trasero 42, el conducto secundario 26 comprende 30 sucesivamente, desde delante hacia atras, una parte delantera 44, una parte central 46 y una parte trasera 48.
[0037] La parte central 46 esta situada por encima de la porcion central 34 del conducto principal 24.
[0038] El orificio delantero 40 permite la admision de aire fresco desde el exterior en el conducto secundario 35 26. La parte delantera 44 forma una toma de aire que permite captar el aire y dirigirlo hacia la parte central 46.
[0039] El orificio trasero 42 permite la expulsion de aire caliente hacia el exterior desde el conducto secundario 26. La parte trasera 48 forma una toma de aire que permite la expulsion del aire de la parte central 46.
40 [0040] Las paredes laterales, superior e inferior de la parte central 46 definen una camara.
[0041] La pared inferior de la parte central 46 esta provista de un paso 50 que permite una comunicacion
fluldica entre la porcion central 34 y la parte central 46. Una rejilla 58 se coloca a traves del paso 50.
45 [0042] La seccion transversal del conducto secundario 26 es sustancialmente constante desde delante hacia
atras.
[0043] La parte central 46 del conducto secundario esta provista de deflectores 60 que permiten generar unas turbulencias en el flujo de aire que circula en el conducto secundario 26.
50
[0044] Los deflectores 60 son llevados por la pared superior de la parte central 46. Los deflectores 60 sobresalen desde la pared superior hacia la rejilla 58.
[0045] Los deflectores 60 toman la forma de una varilla, de un plano o cualquier otra forma apropiada para 55 generar unas turbulencias en el flujo de aire captado por la parte delantera 44.
[0046] Asl, la parte central 46 se concibe para generar unas turbulencias en el flujo de aire que circula en el conducto secundario. Estas turbulencias son apropiadas para generar una depresion al nivel del paso 50 y, por consiguiente, en la porcion central 34 del conducto principal 24.
[0047] De preferencia, la depresion creada por las turbulencias compensa la perdida de carga en el conducto
principal causada por los tubos 14 que se van a refrigerar.
5 [0048] El paso 50 entre los conductos principal y secundario permite a una fraccion del flujo de aire admitido
en el conducto principal, pasar en el conducto secundario y ser inyectado por el orificio trasero del conducto secundario.
[0049] El aumento de la depresion en la porcion central 34 del conducto principal 24 acelera mas el aire 10 captado por la porcion delantera 28.
[0050] El conducto secundario 26 permite as! mejorar la aerobica del conducto principal 24.
[0051] El dispositivo aerolico 10 de refrigeracion garantiza una refrigeracion segura, sin recurso a un 15 ventilador o a cualquier otra pieza mecanica movil o rotativa.
[0052] El dispositivo aerolico de refrigeracion aprovecha ventajosamente el efecto Venturi para refrigerar un condensador.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo aerolico (10) de refrigeracion de un elemento (12) de un vehlcuio ferroviario (1), que comprende un conducto (24), estando el dispositivo aerolico (10) destinado a estar colocado sobre un techo (18) de
    5 dicho vehlculo ferroviario (1) de manera que dicho conducto se extienda sustancialmente longitudinalmente con respecto al vehlculo ferroviario (1), constando dicho conducto sucesivamente de una porcion delantera (32), provista de una apertura delantera (28) para la admision de aire, una porcion central (34), en la que se aloja dicho elemento (12) que se va a refrigerar y una porcion trasera (36), provista de una apertura trasera (30) para la evacuacion de aire, una superficie de una seccion transversal del conducto (24) evoluciona, de la apertura delantera (28) a la 10 apertura trasera (30), de manera que genere una aceleracion del flujo de aire en el conducto (24) por efecto Venturi, caracterizado porque siendo dicho conducto (24) un conducto principal, el dispositivo comprende, ademas, un conducto secundario (26) que se extiende sustancialmente paralelamente al conducto principal, constando el conducto secundario (26) de una parte delantera (44), provista de un orificio delantero (40) para la admision de aire, una parte central (60) y una parte trasera (48), provista de un orificio trasero (42) para la evacuacion de aire, 15 evolucionando una superficie de una seccion transversal del conducto secundario (26), del orificio delantero (40) al orificio trasero (42) del conducto secundario, de manera que se generen unas perturbaciones de naturaleza que favorezcan la aceleracion del flujo de aire en el conducto principal.
  2. 2. Dispositivo aerolico (10) segun la reivindicacion 1, en el que la superficie de la seccion transversal de 20 la porcion central (34) de dicho conducto principal es inferior a la superficie de la seccion transversal de la porcion
    delantera (32) de dicho conducto principal.
  3. 3. Dispositivo aerolico (10) segun la reivindicacion 2, en el que la superficie de la seccion transversal de la porcion central (34) de dicho conducto principal es inferior a la superficie de la seccion transversal de la porcion
    25 trasera (36) de dicho conducto principal.
  4. 4. Dispositivo aerolico (10) segun las reivindicaciones 1 a 3, en el que las aperturas delantera (28) y trasera (30) de dicho conducto principal estan dispuestas sustancialmente transversalmente a un eje longitudinal del vehlculo ferroviario (1).
    30
  5. 5. Dispositivo aerolico (10) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el conducto secundario (26) y el conducto principal (24) estan conectados uno a otro por un paso (50) que autoriza una circulacion de aire, extendiendose el paso entre la porcion central (34) del conducto principal y la parte central (46) del conducto secundario, favoreciendo las perturbaciones la aceleracion del flujo de aire en la porcion central (34)
    35 del conducto principal (24).
  6. 6. Dispositivo aerolico (10) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la parte central (46) del conducto secundario esta provista de al menos un deflector (60) apropiado para generar unas turbulencias en el flujo de aire que circula en el conducto secundario (26).
    40
  7. 7. Dispositivo aerolico (10) segun la reivindicacion 6, en el que el deflector (60) es llevado por una cara superior de la parte central del conducto secundario (26) y sobresale en la parte central (46) del conducto secundario.
    45 8. Dispositivo aerolico (10) segun la reivindicacion 7, en el que el deflector (60) es una varilla o una
    placa.
  8. 9. Vehlculo ferroviario (1) que comprende un elemento que se va a refrigerar (12), caracterizado porque
    consta de un dispositivo aerolico (10) de refrigeracion segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, apropiado para 50 refrigerar dicho elemento que se va a refrigerar (12), estando el dispositivo (10) fijado sobre un techo (18) del vehlculo de manera que un eje del conducto principal (24) se extienda sustancialmente paralelamente a un eje longitudinal del vehlculo (1).
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