SE519876C2 - Anordning och förfarande för kylning av kapslad elektronik i spårbundet fordon - Google Patents

Description

5119 8ï7ê¿%:E2; fÜfÉ -àl-áj.. rälsbundna fordon. Ofta sitter nämnda utrustning pà tágets undersida. Där måste kapslingen kunna stà emot snö, is, smuts, väta, fukt och mekanisk àverkan t.ex. fràn sten och grus som sprätter upp fràn banvallen. Värme från utrustningen leds bort med hjälp av kylaggregat och/eller fläktar inuti kapslingen. Man utnyttjar även omgivningens lägre temperatur och konvektionen som fartvinden ger.

Den totala värmetransporten fràn den elektriska utrustningen till luften som omger kapslingen kan förenklat sägas bestà av värmeöverföringen fràn gasmediet till kapslingens inre yta, värmeledningen genom själva kapslingen och värmeöverföringen fràn kapslingens yttre yta till omgivande luft.

Olika fenomen är begränsande för kylningens effektivitet vid naturlig och pàtvingad konvektion. För en kapsling där omgivande luft är relativt stillastående är värmeledningen genom materialet ganska obetydlig jämfört med värmeöverföringen mellan kapslingens yta och omgivande luft. Ett sätt att förbättra kylningen är att öka kapslingens yta.

Värmeöverföringen fràn en yta till en omgivande fluid beskrivs av det empiriska sambandet Q1 = hA(T;, _ Tf) där Q, är värmeflödet, h är värmeövergàngstalet; en parameter som beror av konvektionen och ytans utformning, A är arean, Tb är ytans temperatur och Tf är omgivningens temperatur.

Med ökad konvektionen ökar värmeövergàngstalet h, men skillnaden i temperatur mellan ytan och omgivningen (Tb- Tf) minskar. Vid hög konvektion är således värmeöverföringen fràn ytan mindre än vid naturlig konvektion. 10 15 20 25 , - . , - i För en kapsling som sitter pá utsidan av ett fordon där omgivande luft rör sig med fordonets hastighet är värmeledningen genom själva kapslingen mer betydelsefull för kylningens effektivitet än för en kapsling i stillastående luft eftersom värmeledningens bidrag till den totala värmetransporten är relativt sett större.

Enligt Fouriers lag för värmeledning är värmeflödet proportionellt mot arean och temperaturgradienten. Genom att utforma kapslingen sä att värmen leds kort väg för att fá en stor temperaturgradient samtidigt som arean är stor får man en effektiv värmeledning. - dT =_K;4_ Q, dx där QX är värmeflödet, K är termisk ledningsförmága: en materialkonstant, A är arean, T är temperaturen och X är ett avstånd vinkelrätt mot arean.

Man vill använda sig av en kapsling som har stor yta men som också har tunna väggar för att begränsa den termiska motståndet genom väggen. Det är särskilt lämpligt att kapslingen innefattar profilerade väggar med ett vàgformigt tvärsnitt. Det gör att den yta som avger värme är stor samtidigt som avstàndet, över vilket värmen leds, är litet.

Y 10 15 20 25 30 35 519 876 f w; V-.æ . . - - f _. -f.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen ska förklaras genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar där figur 1. Ett tvärsnitt av en del av kapslingens vägg med en basplatta och ifrån denna utskjutande värmeledande organ enligt teknikens ståndpunkt.

Figur 2. Ett tvärsnitt av en del av kapslingens vägg enligt uppfinningen med vàgformigt tvärsnitt.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1. Visar ett tvärsnitt av en del av en kapsling enligt teknikens ståndpunkt; en profilerad vägg kylning med en basplatta 1 och från denna invändigt och utvändigt utskjutande värmeledande organ 2. Kapslingen är avsedd att användas till elektrisk utrustning som sitter under ett tåg. Väggen har utformats för att få en stor värmeavgivande yta. De värmeledande organen är utformade som flänsar med längsgående åsar 3. På kapslingens insida är en icke visad fläkt och/eller ett kylaggregat placerat för att få en effektiv kylning genom ökad konvektion. På kapslingens utsida ger fartvinden en mycket hög konvektion och därmed god kylning.

Figur 2. visar ett tvärsnitt av en del av en kapsling enligt uppfinningen. Vid denna utformning av kapslingen uppnås förutom en stor yta även ett litet avstånd mellan profilens insida och profilens utsida. För att få en stor yta som tar upp och avger värme är de värmeledande organen 2 anordnade i vinkel med varandra så att en vågformig vägg bildas. Enligt detta utföringsexempel är de värmeledande organen försedda med längsgående åsar 3.

De värmeledande organen är förbundna med plana partier 4, och har en yttre kant 5 för att underlätta montering och hantering. 10 l5 20 25 30 35 519 êïëêt-uf .. .- _. _5._=y;š'tš Ett jämförande experiment mellan en kapsling enligt uppfinningen och en kapsling enligt teknikens ståndpunkt visar att kapslingen enligt uppfinningen ger bättre kyleffekt vid naturlig konvektion. vid påtvingad konvektion är kyleffekten avsevärt bättre. En skiljevägg med ett vågformigt tvärsnitt enligt uppfinningen avleder värme 3-4 gånger mer effektivt, när omgivande luft rör sig med 8 m/s, än en profil med en basplatta och utskjutande värmeledande organ. Typiska lufthastigheter kring ett tåg i rörelse är 12-20 m/s. Vid sådana hastigheter är en kapsling med en vàgformig skiljevägg än mer effektiv.

Kapslingen enligt uppfinningen dimensioneras efter ett specifikt kylbehov varvid man får en kapsling med lägre vikt, material jämfört med en kapsling, som tar upp mindre utrymme och kräver mindre dimensionerad efter samma kriteria, enligt teknikens ståndpunkt.

Materialet i en kylprofil bör ha hög termisk ledningsförmàga. Exempel på sådana material är koppar och aluminium och legeringar av dessa metaller. Aluminium kan med fördel strängpresssas till detaljrika profiler med gott resultat. Kylprofiler ska ha en stor yta och därför är strängpressning en lämplig tillverkningsmetod. Åsar och rillor och andra strukturella element som ger en stor yta kan åstadkommas.

Gasmediet som är innesluten i kapslingen, och som omger den elektriska utrustningen är oftast luft men kan ersättas med en annan gas med för varje ändamål lämpliga egenskaper.

Claims (1)

1. lO 15 20 25 30 35 519 876 6 PATENTKRAV .Lufttät kapsling, omslutande en elektrisk utrustning anordnad på utsidan av ett rälsbundet fordon för att avleda värme från den elektriska utrustningen, vars begränsningsyta innefattar ett flertal värmeledande organ (2) kännetecknat av att de värmeledande organen åtskiljer den i kapslingen inneslutna luften från omgivande luft och att de bildar en sammanhängande skiljevägg vars tvärsnitt är tunnväggigt och vågformigt. .Kapsling enligt krav 1 kännetecknad av att organens utsträckningsplan bildar vinkel mot varandra. .Kapsling enligt krav 1 kännetecknad av att skiljeväggen uppvisar formen av en sinusvåg. .Kapsling enligt något av föregående krav kännetecknad av att de värmeledande organen är anordnade med längsgående åsar (3). .Kapsling enligt något av föregående krav kännetecknad av att de värmeledande organen är sammanbundna med plana yttre partier (4). . Kapsling enligt något av kraven l-5 kännetecknad av att skiljeväggen är tillverkad i strängpressad aluminium. . Kapsling enligt något av kraven l-5 kännetecknad av att skiljeväggen är tillverkad i veckad plåt. . Förfarande för att avleda värme från en elektrisk utrustning, som är inrättad i en kapsling och omgiven av ett inneslutet gasmedium, till omgivande luft, varvid kapslingen bringas att innefatta ett flertal värmeledande organ, kännetecknat av att de värmeledande organen anordnas att åtskilja det i kapslingen inneslutna 519 8767 gasmediet och den omgivande luften, och att de värmeledande organen är anordnade i en vinkel mot varandra så att de bildar en vàgformig vägg. .Ett förfarande enligt krav 8 kännetecknat av att de värmeledande organen är försedda med längsgående åsar (3).