一种基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统，包括泵、主回路流量调节装置、过滤器、冷板、稳压箱、冷凝器流量调节装置、冷凝器以及监控装置等；泵的出口通过冷板进口主管路与冷板的进口连通，冷板进口主管路上设有过滤器，主回路流量调节装置设置在泵与过滤器之间，冷板的出口通过冷板出口主管路与稳压箱连通，稳压箱通过冷凝器进口管路与冷凝器的进口连通，冷凝器流量调节装置设置在冷凝器进口管路上，冷凝器的出口通过冷凝器出口管路与泵的进口连通。本发明专利技术公开的牵引变流器冷却系统具有传热效率高、传热能力强，结构紧凑，噪音和功率消耗低以及结构简单等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统
本专利技术涉及轨道交通装备散热
，具体涉及一种基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统。
技术介绍
牵引变流器通常由大功率电力电子器件构成，传统的牵引变流器冷却方式包括：强迫液体循环+风冷方式、重力热管相变+风冷方式或强迫通风直冷方式。一般较大功率等级的牵引变流器通常采用强迫液体循环+风冷方式，可以满足热流密度在10～20W/cm2范围内牵引变流器电力电子器件的冷却需求。随着牵引装备功率等级的不断提高，受空间体积、重量限制，牵引变流器功率密度、热流密度不断提高，散热问题已成为限制更大功率、更高热流密度电力电子器件使用的主要瓶颈。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题提出了一种基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统，可以实现对大功率，高热流密度电力电子器件的散热。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统，包括泵、通过冷板进口主管路与泵的出口连通的冷板、设置在所述冷板进口主管路上的过滤器、设置在所述泵与所述过滤器之间的主回路流量调节装置、通过冷板出口主管路与所述冷板的出口连通的稳压箱、通过冷凝器进口管路与所述稳压箱连通的冷凝器、设置在所述冷凝器进口管路上的冷凝器流量调节装置、连通所述冷凝器的出口与所述泵的进口的冷凝器出口管路、连通所述泵的出口与进口的旁通管路、连通所述稳压箱和所述泵进口的分回管路、设置在所述分回管路上的分回路流量调节装置以及监控系统；所述监控系统包括监测单元和控制单元；所述监测单元包括设置在所述冷板进口主管路上的第一温度监测装置和第一压力监测装置；所述监测单元，用于采集所述冷板进口主管路的温度信号T1和压力信号P1，并将所述温度信号T1和所述压力信号P1传输至所述控制单元；所述控制单元，用于接收所述压力信号P1，根据所述压力信号P1计算所述压力下的工质沸点Tf，计算预冷裕度△T＝Tf-T1，并判断所述预冷裕度△T是否在设定值范围内，若否，所述控制单元调节所述主回路流量调节装置的开度、冷凝器流量调节装置的开度、分回路流量调节装置的开度和冷凝器的风机的转速中的至少一项，以使所述预冷裕度△T在所述设定值范围内，若是，进行下一次的采集。进一步地，所述主回路流量调节装置为三通调节阀，所述三通调节阀的进口与所述泵的出口通过管路连通，所述三通调节阀的第一出口与所述过滤器连通，所述旁通管路连通所述三通调节阀的第二出口与所述泵的进口。进一步地，所述主回路流量调节装置为二通调节阀，所述旁通管路连通所述泵的出口与所述泵的进口，所述二通调节阀设置在所述旁通管路上。进一步地，所述冷板出口主管路与所述稳压箱连接的一端设置在所述稳压箱的中下部，所述冷凝器进口管路与所述稳压箱连接的一端设置在所述稳压箱的中上部，所述分回管路与所述稳压箱连接的一端设置在所述稳压箱的底部。进一步地，所述冷板具有多组，多组所述冷板的进口分别通过冷板进口支管路与所述冷板进口主管路连通，多组所述冷板的出口分别通过冷板出口支管路与所述冷板出口主管路连通。进一步地，所述稳压箱上还设有安全阀，所述监测单元还包括设置在所述稳压箱上的第三压力监测装置，所述第三压力监测装置采集所述稳压箱上的压力信号Px并将所述压力信号Px传输至所述控制单元，所述控制单元判断接收的所述压力信号Px是否大于预先设定的压力极限值时，若是，所述控制单元控制所述安全阀开启。进一步地，所述冷凝器出口管路上还设有用于采集泵进口温度信号T3的第三温度监测装置。进一步地，所述冷板出口主管路上还设置有用于采集所述冷板出口主管路上压力信号P2的第二压力监测装置和用于采集所述冷板出口主管路上温度信号T2的第二温度监测装置。进一步地，所述冷凝器为板翅式散热器、管片式散热器、管带式散热器和管翅式散热器当中的任意一种。与现有技术比较，本专利技术所述的基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统具有以下优点，由于采用基于两相沸腾传热的沸腾冷却系统代替既有的基于单相对流换热的液冷系统，由于工质的汽化潜热(潜热)是比热(显热)的十几倍甚至数十倍，同等质量的液体，蒸发时带走的热量是对流换热带走热量的数倍甚至十几倍。因此，冷却系统蒸发端即冷板的吸热能力更强。当电力电子器件热流密度超过20-30W/cm2，由于牵引变流器冷却系统体积和重量受限，传统的单相液冷系统已不能满足上述散热要求，本方案提供的牵引变流器冷却系统可以为大功率、高热流密度牵引变流器提供高效的冷却系统。采用基于两相沸腾传热的沸腾冷却系统代替既有的基于单相对流换热的液冷系统，由于工质蒸发过程中过热度仅需要高出饱和压力下的沸点温度3-5℃，因此保证冷板板面温度不超过80℃时对应的工质沸点较高(可达75℃)，比基于对流换热的单相冷却系统冷板出口液体温度(通常为60～64℃)高，也就是说到达冷凝器内部的工质温度较高，在冷却空气温度、流量相同的条件下，冷凝器的放热能力更强。因此，在同样散热量要求的前提下，可以减小冷却系统冷凝端冷却装置体积，降低冷却装置重量，提高结构紧凑性。同样，由于保证冷板板面温度不超过80℃时对应的工质沸点比基于单相对流换热的冷却系统冷板出口液体温度高，也就是说到达冷凝器内部的工质温度较高，在同样散热量要求、同样冷却空气进气温度的条件下，所需风机的风量较小。即在同样散热量要求的前提下，可以减小冷却系统风机通风量，降低噪音，同时降低驱动风机的电机功率消耗。因此本方案冷却系统能耗更低，更节能，环境友好性更好。附图说明图1为本专利技术实施例1公开的基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统的结构图。图中：1、泵，2、主回路流量调节装置，3、控制单元，4、过滤器，5、冷板进口主管路，6、冷板进口支管路；7、电力电子元器件，8、冷板，9、冷板出口支管路，10、冷板出口主管路，11、稳压箱，12、冷凝器流量调节装置，13、冷凝器进口管路，14、冷凝器，15、风机，16、冷凝器出口管路(泵进口管路)，17、分回路系统连接管路，18、分回路流量调节装置，19、旁通管路，20、第一温度监测装置，21、第一压力监测装置，22、第二温度监测装置，23、第二压力监测装置，24、第三温度监测装置，25、第三压力监测装置，26、第四温度监测装置。具体实施方式如图1所示为本专利技术公开的基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统，包括泵1、通过冷板进口主管路5与泵1的出口连通的冷板8、设置在所述冷板进口主管路5上的过滤器4、设置在所述泵1与所述过滤器4之间的主回路流量调节装置2、通过冷板出口主管路10与所述冷板8的出口连通的稳压箱11、通过冷凝器进口管路13与所述稳压箱11连通的冷凝器14、设置在所述冷凝器进口管路13上的冷凝器流量调节装置12、连通所述冷凝器14的出口与所述泵1的进口的冷凝器出口管路16、连通所述泵1的出口与进口的旁通管路19、连通所述稳压箱11和所述泵1进口的分回管路17、设置在所述分回管路17上的分回路流量调节装置18以及监控系统；如图1所示，泵1、过滤器4、冷板8、稳压箱11、冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统，其特征在于：包括泵(1)、通过冷板进口主管路(5)与泵(1)的出口连通的冷板(8)、设置在所述冷板进口主管路(5)上的过滤器(4)、设置在所述泵(1)与所述过滤器(4)之间的主回路流量调节装置(2)、通过冷板出口主管路(10)与所述冷板(8)的出口连通的稳压箱(11)、通过冷凝器进口管路(13)与所述稳压箱(11)连通的冷凝器(14)、设置在所述冷凝器进口管路(13)上的冷凝器流量调节装置(12)、连通所述冷凝器(14)的出口与所述泵(1)的进口的冷凝器出口管路(16)、连通所述泵(1)的出口与进口的旁通管路(19)、连通所述稳压箱(11)和所述泵(1)进口的分回管路(17)、设置在所述分回管路(17)上的分回路流量调节装置(18)以及监控系统；/n所述监控系统包括监测单元和控制单元；/n所述监测单元包括设置在所述冷板进口主管路(5)上的第一温度监测装置(20)和第一压力监测装置(21)；/n所述监测单元，用于采集所述冷板进口主管路的温度信号T1和压力信号P1，并将所述温度信号T1和所述压力信号P1传输至所述控制单元；/n所述控制单元，用于接收所述压力信号P1，根据所述压力信号P1计算所述压力下的工质沸点Tf，计算预冷裕度△T＝Tf-T1，并判断所述预冷裕度△T是否在设定值范围内，若否，所述控制单元调节所述主回路流量调节装置的开度、冷凝器流量调节装置的开度、分回路流量调节装置的开度和冷凝器的风机的转速中的至少一项，以使所述预冷裕度△T在所述设定值范围内，若是，进行下一次的采集。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统，其特征在于：包括泵(1)、通过冷板进口主管路(5)与泵(1)的出口连通的冷板(8)、设置在所述冷板进口主管路(5)上的过滤器(4)、设置在所述泵(1)与所述过滤器(4)之间的主回路流量调节装置(2)、通过冷板出口主管路(10)与所述冷板(8)的出口连通的稳压箱(11)、通过冷凝器进口管路(13)与所述稳压箱(11)连通的冷凝器(14)、设置在所述冷凝器进口管路(13)上的冷凝器流量调节装置(12)、连通所述冷凝器(14)的出口与所述泵(1)的进口的冷凝器出口管路(16)、连通所述泵(1)的出口与进口的旁通管路(19)、连通所述稳压箱(11)和所述泵(1)进口的分回管路(17)、设置在所述分回管路(17)上的分回路流量调节装置(18)以及监控系统；
所述监控系统包括监测单元和控制单元；
所述监测单元包括设置在所述冷板进口主管路(5)上的第一温度监测装置(20)和第一压力监测装置(21)；
所述监测单元，用于采集所述冷板进口主管路的温度信号T1和压力信号P1，并将所述温度信号T1和所述压力信号P1传输至所述控制单元；
所述控制单元，用于接收所述压力信号P1，根据所述压力信号P1计算所述压力下的工质沸点Tf，计算预冷裕度△T＝Tf-T1，并判断所述预冷裕度△T是否在设定值范围内，若否，所述控制单元调节所述主回路流量调节装置的开度、冷凝器流量调节装置的开度、分回路流量调节装置的开度和冷凝器的风机的转速中的至少一项，以使所述预冷裕度△T在所述设定值范围内，若是，进行下一次的采集。


2.根据权利要求1所述的基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统，其特征在于：所述主回路流量调节装置(2)为三通调节阀，所述三通调节阀的进口与所述泵(1)的出口通过管路连通，所述三通调节阀的第一出口与所述过滤器(4)连通，所述旁通管路(19)连通所述三通调节阀的第二出口与所述泵(1)的进口。


3.根据权利要求1所述的基于沸腾传热的牵引变流器冷却系统，其特征在于：所述主回路流量调节装置(2)为二通调节阀，所述旁通管路(19)连通...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔丽君，刘俊杰，孙元邦，王鹤鸣，王唯丹，张景银，
申请(专利权)人：中车大连机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21