CN109327998A - 一种机车变流器散热*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机车变流器散热***，包括水冷子***和制冷子***，其中，水冷子***包括冷却塔、与冷却塔连接的主水路进水管和主水路回水管，以及设置于变流器柜内部的风机和若干换热部件，制冷子***的输入端连接主水路进水管，输出端连接主水路回水管，用于在将主水路进水管中的水流入至对应的换热部件之前进行制冷，并将对应换热部件流出的水输出给主水路回水管。本发明可以解决水冷***在高温季节控温不利的问题。

Description

一种机车变流器散热***

技术领域

本发明属于过程控制技术领域，具体地说，尤其涉及一种机车变流器散热***。

背景技术

采用水冷散热***的机车变流器，变流器柜内器件的温度随着入水温度的升高而升高。水温随气温的升高而升高。器件温度在气温基础上叠加了数个环节的换热温差，容易在高温季节导致器件的高温。特别的，变流器的内循环通过柜内气水换热器冷却柜内空气，再通过柜内空气为风冷器件降温，传热热阻大，传热温差高。考虑到内循环的不均匀性，局部器件的温度更高。局部器件的极限高温甚至会触发***的过热保护，导致停机，造成经济损失。另一方面，器件的高温运行降低其使用年限，降低***可靠性。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种机车变流器散热***，用于解决水冷***在高温季节控温不利的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种机车变流器散热***，包括水冷子***和制冷子***，其中，

所述水冷子***包括冷却塔、与所述冷却塔连接的主水路进水管和主水路回水管，以及设置于变流器柜内部的风机和若干换热部件，

所述制冷子***的输入端连接所述主水路进水管，输出端连接所述主水路回水管，用于在将所述主水路进水管中的水流入至对应的换热部件之前进行制冷，并将对应换热部件流出的水输出给所述主水路回水管。

根据本发明的一个实施例，所述制冷子***包括：

回热器，其包括不互通的第一支路和第二支路，所述回热器的第一支路的输入端连接所述主水路进水管，所述回热器的第二支路的输入端连接所述换热部件；

蒸发器，其包括不互通的第一支路和第二支路，所述蒸发器的第一支路的输入端连接所述回热器的第一支路的输出端，所述蒸发器的第一支路的输出端连接所述换热部件；

冷凝器，其包括不互通的第一支路和第二支路，所述冷凝器的第一支路的输入端连接所述回热器的第二支路的输出端，所述冷凝器的第一支路的输出端连接所述主水路回水管，所述冷凝器的第二支路的输入端通过压缩机连接所述蒸发器的第二支路的输出端，所述冷凝器的第二支路的输出端通过膨胀阀连接所述蒸发器的第二支路的输入端。

根据本发明的一个实施例，所述换热部件中的部分换热部件设置于所述主水路进水管和所述主水路回水管之间，其余换热部件设置于所述蒸发器的第一支路的输出端和所述回热器的第二支路的输入端之间。

根据本发明的一个实施例，所述换热部件全部设置于所述蒸发器的第一支路的输出端和所述回热器的第二支路的输入端之间。

根据本发明的一个实施例，所述蒸发器的第一支路的输出端和所述回热器的第二支路的输入端之间设置有一个所述换热部件或者设置有并联的多个所述换热部件。

根据本发明的一个实施例，在所述蒸发器的第一支路的输出端和所述回热器的第二支路的输入端之间设置有与所述换热部件的所在支路并联的旁通支路。

根据本发明的一个实施例，所述换热部件包括冷板和气水换热器。

根据本发明的一个实施例，在所述冷凝器的第二支路输出端与所述膨胀阀之间还设置有储液罐和干燥过滤器，其中，所述储液罐分别连接所述冷凝器的第二支路输出端和所述干燥过滤器，所述膨胀阀连接所述干燥过滤器；

在所述蒸发器的第二支路的输出端和所述压缩机之间设置有气液分离器。

根据本发明的一个实施例，还包括设置在所述主水路进水管上的储液箱和水泵。

根据本发明的一个实施例，所述冷却塔包括进风防尘过滤网、主风机、主水路气水换热器和油水换热器，其中，所述主水路进水管和所述主水路回水管分别与所述主水路气水换热器连接。

本发明的有益效果：

本发明将制冷***嵌入到水冷***，保留了水冷***节能高效的特点，整合了制冷***温度调控能力强的优势，形成实用性和安全性兼顾的液冷冷却***，解决水冷***高温季节控温不利的问题。该***只在必要时启动，通过制冷可将器件温度控制在合适的水平，当制冷***故障或者无需制冷时，也可随时将制冷***切离水冷***，不至于使整个散热***完全失效，保证了***的可靠性。该制冷***能够作为控制***的执行器，整合到智能管运***中，实现***的最优参数运行。该制冷***可独立集成，放置在封闭的柜体中，兼顾防尘和电磁兼容的需求，通过水路接管于水冷***连接，节省了安装空间，提高了安装的灵活性和检修的便利性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明的一个实施例的机车变流器散热***示意图；

图2是图1中的制冷子***示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

机车变流器水冷***中集成了两个气水换热环节，其中之一位于变流器柜内循环***。变流器柜内的气水换热环节高热阻，路径复杂，从冷却水到风冷器件之间的热传递系数常常难以确定，定量分析器件因热失效的细节困难。由于现有水冷***存在各种工况下的大量运行数据，能够从统计的角度，定性的提出解决问题的方案。例如通过分析足够长时间中的运行质量报告，若水温与器件的失效有较为明确的关联，则可以判断调节水温是提高器件可靠性的手段，并进一步的寻找最优的温度控制点。将解决手段建立在对长期运行数据的分析基础上，对于改进变流器这样具有各种复杂工况的多子***复杂装备，不失为一个有效手段，能够在一定程度上避免有限认知下直接作局部改进对复杂***带来的难以预知的影响，从而降低研发成本。

基于以上分析，本发明提出一种将制冷***嵌入到水冷***的车变流器散热***，以解决水冷***高温季节控温不利的问题。如图1所示为根据本发明的一个实施例的机车变流器散热***示意图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。

该机车变流器散热***包括水冷子***和制冷子***。该水冷子***包括冷却塔、与冷却塔连接的主水路进水管102和主水路回水管101，以及设置于变流器柜200内部的风机201和若干换热部件。该制冷子***的输入端连接主水路进水管102，输出端连接主水路回水管101，用于在将主水路进水管102中的水流入至对应的换热部件之前进行制冷，并将换热部件流出的水输出给主水路回水管101。

当监测到变流器内部温度达到极限高温时，可以启动制冷子***，在主水路进水管102中的水流入至对应的换热部件之前进行制冷，使得进入换热部件的水温进一步降低，从而有利于降低变流器柜内的温度。通过适当控制，可以使得该制冷子***在必要时启动，将变流器柜内的器件温度控制在合适水平。

如图1所示，在变流器柜200内部的换热部件包括冷板203和气水换热器202。其中，冷板203用于对变流器内部的易发热元部件进行散热，气水换热器202用于对变流器柜内的空气进行降温。柜内风机201用于鼓动空气在变流器柜内的流动，以利于变流器柜内的空气降温，进而有利于柜内风冷器件204降温。在一个变流器柜内通常设置有多个冷板203和一个气水换热器202，以有利于变流器柜内的发热元器件散热和柜内空气降温。如图1所示，在主水路进水管102中的水进入气水换热器202之前，先经制冷子***制冷，然后经制冷子***的管道回流至主水路回水管101。柜内自然冷却的器件204通过自然对流散热加热柜内空气，柜内气水换热器202通过离心风机201鼓动空气将热量传递给气水换热器202中的冷却水。

如图1所示，该冷却塔包括进风防尘过滤网106、主风机107、主水路气水换热器108和气油换热器109，其中，主水路进水管102和主水路回水管101分别与主水路气水换热器108连接。工作时，外界空气通过进风防尘过滤网106后，由主风机107送至主水路气水换热器108。在主水路气水换热器108进行气水换热，以对主水路回水管101中的冷却水进行降温，然后将降温后的冷却水输出给主水路进水管102。经过主水路气水换热器108的空气继续进入气油换热器109为冷却油降温。

在本发明的一个实施例中，该散热***还包括设置在主水路进水管102上的储液箱104和水泵105。其中，储液箱104用于储存主水路进水管102中的液体，水泵105用于提供主水路进水管102内液体流动的动力。通常，在主水路气水换热器108和储液箱104之间设置有水侧控制阀门103，用于控制主水路进水管102内的液体流动。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，该制冷子***包括回热器305、蒸发器304和冷凝器302。其中，回热器305包括不互通的第一支路11和第二支路12，该回热器的第一支路11的输入端连接主水路进水管102，回热器的第二支路12的输入端连接换热部件。该回热器的第一支路11和第二支路12中的水温不同时，可以进行水水热交换。

蒸发器304包括不互通的第一支路和第二支路，该蒸发器的第一支路21的输入端连接回热器的第一支路11的输出端，蒸发器的第一支路21的输出端连接换热部件。如图2所示，气水换热器202的输入端口连接蒸发器的第一支路21的输出端，输出端口连接回热器的第二支路12的输入端。当然，也可以由冷板203代替气水换热器202，由制冷子***对流入冷板203中的水进行制冷。

冷凝器302包括不互通的第一支路和第二支路，该冷凝器的第一支路31的输入端连接回热器的第二支路12的输出端，冷凝器的第一支路31的输出端连接主水路回水管101，冷凝器的第二支路32的输入端通过压缩机301连接蒸发器的第二支路22的输出端，冷凝器的第二支路32的输出端通过膨胀阀303连接蒸发器的第二支路22的输入端。

如图2所示，在冷凝器的第二支路32的输出端与膨胀阀303之间还设置有储液罐306和干燥过滤器307，其中，储液罐306分别连接冷凝器的第二支路32的输出端和干燥过滤器307，膨胀阀303连接干燥过滤器307。在蒸发器的第二支路22的输出端和压缩机301之间设置有气液分离器308。

图2所示的制冷子***通常设置在制冷机柜300中，其冷凝温度高于常规空调，基于应用的需要，其所需实现的冷凝温度约在50℃～70℃之间。制冷机柜300和变流器柜200通常设置在机车机械间100中。以下基于图2来对制冷子***的工作过程进行说明。冷凝器302和蒸发器304串联在水路中与制冷工质换热。回热器305也串联在水路中，其作用为从柜内气水换热的回流水中回收冷量用以预冷却该支路的进水。按照水的流动方向，经主水路进水管102进入制冷子***的冷却水先进入回热器305被预冷却。然后进入蒸发器304再次冷却。接着进入柜内气水换热器202以冷却柜内空气，同时冷却水吸热升温。升温后的水再次经过回热器305从支路来水吸热升温，之后进入冷凝器302吸收冷凝热后送回主水路回水管101。

在该过程中，在水流的路径上，串联的各换热器中可以形成稳定供应的不同温度阶的水，例如冷凝器中形成高温度阶的水，在蒸发器中形成低温度阶的水，在回热器中形成中温度阶的水。通过冷媒路径(即蒸发器第二支路和冷凝器第二支路组成的循环支路)中，冷媒介质将水的热量从低温冷源搬运到高温热源，维持可控的低温冷源。由于制冷子***具有控温的能力，通过液液换热的冷凝器和蒸发器与支路冷却水换热，实现水温调节。进一步地，制冷子***可以将进入柜内气水换热器202的水温控制在变流器运行故障率降低的温度上，从而有效的解决高温季节故障率上升的问题。

在本发明的一个实施例中，该换热部件中的部分换热部件设置于主水路进水管102和主水路回水管101之间，其余换热部件设置于蒸发器的第一支路21的输出端和回热器的第二支路12的输入端之间。如图1所示，气水换热器202设置在蒸发器的第一支路21的输出端和回热器的第二支路12的输入端之间，其他的冷板203设置在主水路进水管102和主水路回水管101之间。在这种情况下，进入制冷子***的水依次流过回热器305、蒸发器304、冷板203、回热器305和冷凝器302。

在本发明的一个实施例中，该换热部件全部设置于蒸发器的第一支路21的输出端和回热器的第二支路12的输入端之间。也就是说，图1中的所有换热部件均连接蒸发器的第一支路21的输出端和回热器的第二支路12的输入端，而不直接与主水路进水管102和主水路回水管101连接。在这种情况下，进入制冷子***的水依次流过回热器305、蒸发器304、柜内换热器(包括所有冷板和柜内气水换热器)、回热器305和冷凝器302最终回到主水路回水管101。

在本发明的一个实施例中，该蒸发器的第一支路21的输出端和回热器的第二支路12的输入端之间设置有一个换热部件或者设置有并联的多个换热部件。如图1所示，该蒸发器的第一支路21的输出端和回热器的第二支路12的输入端之间设置有一个气水换热器202，当然，也可以在该蒸发器的第一支路21的输出端和回热器的第二支路12的输入端之间设置多个并联的气水换热器202和/或冷板203。也就是说，同一个制冷子***可以支持几个回路，当然，也可以在每一个支路上安装独立的制冷子***。

若制冷***同时对几个支路控温，则可以使用同一个冷凝机组带不同的蒸发器，为每个蒸发器分配可调节的冷量冷却不同支路。另外，还可以在冷媒支路上，安装不止一个冷凝器，例如额外的小功率冷凝器用于加热消除冷凝水。在冷媒支路上，还根据需要加装仪表、过滤干燥、避震、安全阀和测试传感器等辅助部件，其增减并不对***主要功能的实现构成不同。在冷媒支路上，根据需要压缩机可以采用单体机，也可以采用级联级或并联机，其具体选择并不对***主要功能的实现构成不同。在冷却水路径上，其接头可以使用快速接插头，也可以使用橡胶软管和卡箍等连接方式，其具体选择并不对***主要功能的实现构成不同。在冷却水路径上，加装水泵、阀门等流量控制装置，其安装并不对***主要功能的实现构成不同。

在本发明的一个实施例中，在蒸发器的第一支路21的输出端和回热器的第二支路12的输入端之间设置有与换热部件回路并联的旁通支路。具体的，可以通过在换热部件旁并联旁通之路的方式，通过支路流量的改变调节气水换热器的实际流量，从而调节气水换热器的换热量。并且，还可以通过该旁通支路将制冷子***从水冷子***中切除。或者采用其他技术手段功能性的从水冷***中切除制冷子***，如整个制冷***相关的水路采用常开型阀门，将***流量配置成可直接运行的情形。

本发明将制冷***嵌入到水冷***，保留了水冷***节能高效的特点，整合了制冷***温度调控能力强的优势，形成实用性和安全性兼顾的液冷冷却***，解决水冷***高温季节控温不利的问题。该***只在必要时启动，通过制冷可将器件温度控制在合适的水平，当制冷***故障或者无需制冷时，也可随时将制冷***切离水冷***，不至于使整个散热***完全失效，保证了***的可靠性。该制冷***能够作为控制***的执行器，整合到智能管运***中，实现***的最优参数运行。该制冷***可独立集成，放置在封闭的柜体中，兼顾防尘和电磁兼容的需求，通过水路接管于水冷***连接，节省了安装空间，提高了安装的灵活性和检修的便利性。虽然本发明的制冷***以机车变流器作为应用对象，但其实际功能允许其应用在其它具有类型需求的应用场合。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种机车变流器散热***，包括水冷子***和制冷子***，其中，

所述水冷子***包括冷却塔、与所述冷却塔连接的主水路进水管和主水路回水管，以及设置于变流器柜内部的风机和若干换热部件，

所述制冷子***的输入端连接所述主水路进水管，输出端连接所述主水路回水管，用于在将所述主水路进水管中的水流入至对应的换热部件之前进行制冷，并将对应换热部件流出的水输出给所述主水路回水管。

2.根据权利要求1所述的散热***，其特征在于，所述制冷子***包括：

回热器，其包括不互通的第一支路和第二支路，所述回热器的第一支路的输入端连接所述主水路进水管，所述回热器的第二支路的输入端连接所述换热部件；

蒸发器，其包括不互通的第一支路和第二支路，所述蒸发器的第一支路的输入端连接所述回热器的第一支路的输出端，所述蒸发器的第一支路的输出端连接所述换热部件；

冷凝器，其包括不互通的第一支路和第二支路，所述冷凝器的第一支路的输入端连接所述回热器的第二支路的输出端，所述冷凝器的第一支路的输出端连接所述主水路回水管，所述冷凝器的第二支路的输入端通过压缩机连接所述蒸发器的第二支路的输出端，所述冷凝器的第二支路的输出端通过膨胀阀连接所述蒸发器的第二支路的输入端。

3.根据权利要求2所述的散热***，其特征在于，所述换热部件中的部分换热部件设置于所述主水路进水管和所述主水路回水管之间，其余换热部件设置于所述蒸发器的第一支路的输出端和所述回热器的第二支路的输入端之间。

4.根据权利要求2所述的散热***，其特征在于，所述换热部件全部设置于所述蒸发器的第一支路的输出端和所述回热器的第二支路的输入端之间。

5.根据权利要求3或4所述的散热***，其特征在于，所述蒸发器的第一支路的输出端和所述回热器的第二支路的输入端之间设置有一个所述换热部件或者设置有并联的多个所述换热部件。

6.根据权利要求3或4所述的散热***，其特征在于，在所述蒸发器的第一支路的输出端和所述回热器的第二支路的输入端之间设置有与所述换热部件的所在支路并联的旁通支路。

7.根据权利要求1所述的散热***，其特征在于，所述换热部件包括冷板和气水换热器。

8.根据权利要求2所述的散热***，其特征在于，

在所述冷凝器的第二支路输出端与所述膨胀阀之间还设置有储液罐和干燥过滤器，其中，所述储液罐分别连接所述冷凝器的第二支路输出端和所述干燥过滤器，所述膨胀阀连接所述干燥过滤器；

在所述蒸发器的第二支路的输出端和所述压缩机之间设置有气液分离器。

9.根据权利要求1所述的散热***，其特征在于，还包括设置在所述主水路进水管上的储液箱和水泵。

10.根据权利要求1所述的散热***，其特征在于，所述冷却塔包括进风防尘过滤网、主风机、主水路气水换热器和油水换热器，其中，所述主水路进水管和所述主水路回水管分别与所述主水路气水换热器连接。