車輛冷卻系統及對應操作方法與流程

2023-05-28 15:34:42

本發明涉及一種車輛冷卻系統，尤其用於軌道車輛，優選呈地板下冷卻系統的形式。

背景技術：

車輛冷卻系統使用在電驅動軌道車輛、所謂的軌道車中，用於冷卻主要部件，諸如電源電子設備以及電動機。為了該目的，車輛冷卻系統能夠具有冷卻迴路，液體冷卻劑循環在冷卻迴路中，主要部件以熱-傳遞方式併入冷卻迴路中。此外，冷卻器件併入該迴路中，冷卻空氣能夠流經該迴路以將被冷卻劑佔據的熱量輸送至冷卻空氣。此外，有用的是使用冷卻器件的廢氣用於冷卻車輛的輔助部件，諸如扼流線圈、輔助變壓器、輔助電動機以及開關盒。

從DE19632053C2公知了一種車輛冷卻系統，其具有冷卻迴路的冷卻器件，用於冷卻車輛的主要部件，其中，冷卻空氣能夠流經冷卻器件。公知冷卻系統額外地具有供給室，其用於將冷卻空氣供給至冷卻器件的入口側。此外，提供了風扇室，其連接至冷卻器件的出口側，風扇布置於風扇室中並且具有用於冷卻空氣的主出口以及用於冷卻空氣的輔出口。而主出口通向車輛的周圍，輔出口連接至廢氣通道，車輛的輔助部件布置於廢氣通道，廢氣通道具有用於冷卻空氣的廢氣出口，廢氣出口也通向車輛的周圍。

為了在風扇故障的情形下也能夠確保用於相應主要部件、尤其用於相應輔助部件的足夠冷卻，基本上可行的是將車輛冷卻系統設計成風扇是有餘度的，使得至少提供兩個風扇。在該情況下，方便將兩個風扇單獨布置在風扇室中，每個風扇室連接至冷卻器件的出口側，但是具有單獨主出口。然後兩個風扇室經由單獨輔出口連接至廢氣通道。藉助於控制設備，控制設備然後能夠根本地打開用於正常操作的兩個輔出口，使得兩個風扇一方面將冷卻空氣運送至相應的主出口，另一方面通過廢氣通道將冷卻空氣運送至相應輔助部件和廢氣出口。如果一個風扇現在出現故障，藉助於控制設備處於緊急操作，被分派至關閉的風扇的輔出口現在能夠被關閉，使得剩餘打開的風扇一方面通過附屬主出口運送冷卻空氣，另一方面通過附屬輔出口和廢氣通道將冷卻空氣運送至相應輔助部件和廢氣出口。這種構造的一個問題是，一方面分開通過相應風扇運送至附屬主出口的冷卻空氣，另一方面運送至附屬打開的輔出口的冷卻空氣僅通過不同的流動阻力控制。現在為了能夠從相應風扇通過顯著較長流動路徑運送足夠冷卻空氣通過附屬輔出口、廢氣通道(流動發生在相應輔助部件周圍和/或流過相應輔助部件)以及廢氣出口，流動能夠發生的附屬主出口的截面必須具有對應較小尺寸以在此處產生對應背壓。但是，結果，流經冷卻器件的空氣量最終降低，這降低了冷卻器件或者附屬冷卻迴路的冷卻能力。

技術實現要素：

本發明關注的問題是提供一種用於這種包括多個風扇室的車輛冷卻系統的改進的實施例，以及附屬操作方法，其特徵尤其在於改進的冷卻能力。

根據本發明該問題通過獨立權利要求的主題解決。有利實施例是從屬權利要求的主題。

本發明基於的總體構思是，在包括至少兩個風扇的車輛冷卻系統中，在冷卻器件的下遊，在兩個風扇都打開的正常操作狀態中，利用一個或者第一風扇僅運送冷卻空氣通過廢氣通道，而利用其他或者第二風扇，冷卻空氣的空氣不被運送通過廢氣通道，而是基本僅通過附屬主出口。分派至第一風扇的主出口下文指代為第一主出口，而分派至第二風扇的主出口下文指代為第二主出口。由於在正常操作狀態中，因此未要求第二風扇將冷卻空氣運送通過廢氣通道，第二主出口比分派至第一風扇的第一主出口能夠關於冷卻空氣能夠流經的截面具有顯著較大尺寸。因此，能夠依靠相對簡單、執行起來便宜的測量來增加至少用於正常操作狀態的車輛冷卻系統的冷卻能力，正常操作狀態代表車輛冷卻系統的所有操作狀態中壓倒多數的狀態。作為較大第二主出口的結果，能夠以降低的背壓移除第二風扇運送的整個氣流，使得最終更多冷卻空氣能夠被冷卻器件提取。因此，冷卻器件的冷卻能力和關聯的冷卻迴路能夠改進，而為了該目的無需增加第二風扇的電功率。

如果第一風扇現在出現故障，那麼此處提出的車輛冷卻系統能夠在第一緊急操作狀態被操作，在第一緊急操作狀態中第二風扇現在用以將冷卻空氣運送通過廢氣通道。由於第二主出口大於第一主出口，因此如果第一風扇和第二風扇具有相同功率，那麼被運送通過廢氣通道的氣流在第一緊急操作狀態中相應地低於在正常操作狀態期間。但是，用於相應輔助部件的降低的冷卻能力可被接受用於第一緊急操作狀態，這是由於一方面僅包含輔助部件，另一方面，第一緊急操作狀態僅罕見發生，此外，僅比較簡單地發生。

另一方面，如果第二風扇出現故障，那麼在第二緊急操作狀態中冷卻空氣僅藉助於第一風扇被抽吸通過冷卻器件，但是仍像在正常操作狀態中一樣被分隔在第一主出口和廢氣通道之間。因而，可獲得用於相應輔助部件的基本相同冷卻能力。

根據本發明的解決方案是尤其重要的，這是由於能夠僅通過氣流的改變控制以及加大的第二主出口而改進車輛冷卻系統的性能。尤其，為了增加該能力無需改變冷卻器件和/或風扇。

根據有利實施例，控制設備能夠包括用於控制輔出口的至少一個可調節的致動器，其能夠以壓力可控方式調節，此外，被動地取決於廢氣通道和風扇室之間的壓差。換句話說，不需要單獨的致動驅動器來調節致動器。相反，能夠通過作用在其上的壓差對致動器進行調節。例如，對於正常操作狀態，作為加大的第二主出口的結果，第二風扇室中的壓力迄今為止能夠減低，使得致動器自動採用這樣的位置，在該位置其打開第一輔出口並且關閉第二輔出口。當第二風扇在第二緊急操作狀態中出現故障時，致動器自動採用該相同位置，使得在第二風扇室中基本環境壓力或者甚至低於環境壓力的負壓力主導。另一方面，如果第一風扇在第一緊急操作狀態中出現故障，那麼第一風扇室中的壓力下降至環境壓力或者更低，結果是，壓力比迫使致動器採用不同的位置，在該位置其關閉第一輔出口並且打開第二輔出口。對於被動可調節的致動器關鍵的是，考慮到廢氣通道的流動阻力，冷卻空氣能夠流經的第二主出口的截面相關於冷卻空氣能夠流經的第一主出口的截面的尺寸設定。因此，對於被動操作致動器，包括流過相應輔助部件或者在其周圍流動的第一主出口、第二主出口以及廢氣通道的流動阻力以及廢氣出口的流動阻力彼此匹配，使得在正常操作狀態中第二風扇室中主導的壓力低於第二風扇室以及在廢氣通道的入口區域中的壓力。

根據另一實施例，冷卻空氣能夠流經的第二主出口的截面能夠至少兩倍大於冷卻空氣能夠流經的第一主出口的截面。利用該尺寸設定，尤其能夠實現先前解釋的被動控制設備。

在另一實施例中，冷卻空氣能夠流經的第一主出口的截面、冷卻空氣能夠流經的第一輔出口的截面以及第一風扇能夠彼此匹配，使得在正常操作狀態中以及在第二緊急操作狀態中由第一風扇驅動的冷卻空氣還流經第一主出口。

額外地或者可替換地，能夠提供的是，冷卻空氣能夠流經的第二主出口的截面、冷卻空氣能夠流經的第二輔出口的截面以及第二風扇彼此匹配，使得在第一緊急操作狀態中，被第二風扇驅動的冷卻空氣還流經第二主出口。

特別有利的是這樣的實施例，殼體設置在該實施例中，殼體包含冷卻器件、風扇室和至少一個廢氣通道的入口段。通過該方式能夠實現特別緊湊的設計，該設計一方面能夠預組裝車輛冷卻系統，另一方面簡化了其集成至車輛。

根據有利的進一步發展，相應風扇能夠具有布置在相應風扇室中的風扇葉輪以及布置在電動機艙中用於驅動風扇葉輪的風扇電動機。作為該設計的結果，風扇電動機能夠較好地被保護而免於會產生於冷卻氣流中的雜質。此處方便地，相應的電動機艙相對於相應風扇室以及相對於廢氣通道被密封，使得相應的電動機艙不使冷卻空氣流經其。方便地，相應的電動機艙還布置在前述殼體中。可替換地，還能夠提供的是，還將相應風扇電動機布置在相應風扇室中。能夠進一步提供的是，利用廢氣流動冷卻相應風扇電動機而不管其是否還布置在相應風扇室或者單獨電動機艙中。

如果提供了兩個風扇室以及兩個電動機艙，那麼廢氣通道能夠行進通過兩個電動機艙之間，導致特別緊湊的尤其扁平的設計。優選地，車輛冷卻系統是用於軌道車輛的地板下冷卻系統。在車輛冷卻系統的安裝狀態中，主出口和相應的廢氣出口然後朝下方敞口。如果軌道車輛站立或者正確地行駛在軌道上，主出口和相應的廢氣出口因而朝向軌道底座敞口。

根據本發明用於具有兩個或多個風扇的車輛冷卻系統的操作方法，其特徵在於先前指示的至少三個不同操作狀態，即正常操作狀態、第一緊急操作狀態和第二緊急操作狀態。在正常操作狀態中兩個風扇被打開。在第一緊急操作狀態中第一風扇已經出現故障或者被關閉而第二風扇被打開。另一方面，在第二緊急操作狀態中第一風扇被打開而第二風扇已經出現故障或者被關閉。在正常操作狀態期間在根據本發明的操作方法中，僅藉助於第一風扇將冷卻空氣引導至要冷卻的車輛的至少一個輔助部件，而藉助於第二風扇僅將冷卻空氣繞開相應輔助部件引導至周圍或者通過附屬第二主出口，另一方面，在第一緊急操作狀態中，第二風扇用來將冷卻空氣引導至相應輔助部件。在第二緊急操作狀態中，第一風扇用來將冷卻空氣引導至相應輔助部件。

優選地，操作方法還利用壓力控制被動控制設備操作以控制冷卻系統內部的氣流。

附圖說明

參考附圖，本發明的進一步重要的特徵及優勢獲得於從屬權利要求、附圖以及附屬的附圖說明。

應理解的是，先前提到的以及下文將進一步解釋的特徵不僅能夠分別使用在給定組合中，而且能夠使用在其他組合中或者單獨使用，這並不超出本發明的範圍。

本發明的優選示範實施例提出於附圖並且在以下說明書中詳細解釋，其中，相同附圖標記涉及相同或者類似或者功能地相同部件。

在圖中，在每個情況下示意地，

圖1以側視圖a和頂視圖b示出了在每個情況下在正常操作狀態期間車輛冷卻系統的高度簡化的迴路框圖示意圖，

圖2示出了與圖1一樣的視圖a和b，但是處於第一緊急操作狀態期間，

圖3示出了與圖1一樣的視圖a和b，但是處於第二緊急操作狀態期間。

具體實施方式

根據圖1-圖3，車輛冷卻系統1優選包括軌道車輛的地板下冷卻系統，其包括至少一個冷卻器件2，冷卻器件2併入冷卻迴路3，優選地液體冷卻劑在冷卻迴路3中循環，並且冷卻迴路3用作冷卻車輛的至少一個此處僅象徵性示出的主要部件32。例如，主要部件32是功率電子單元或者車輛的電驅動電動機。冷卻迴路3包含用於驅動冷卻劑的泵33。冷卻器件2能夠使冷卻空氣4根據箭頭流經其。通過相應地位於冷卻設備2上遊的進料室6能夠將冷卻空氣4供給至冷卻器件2的入口側5。

車輛冷卻系統1額外地包括多個風扇室，即第一風扇室7和第二風扇室8。在示出的例子中精確地提供了兩個風扇室7、8。清楚的是，在另一實施例中還能夠提供三個或多個風扇室7、8。相應風扇室7、8在每個情況下流體地連接至冷卻器件2的出口側9，使得冷卻空氣4能夠從冷卻器件2進入風扇室7、8。在每個情況下，一個風扇10、11位於相應風扇室7、8中。在該情況下，第一風扇10布置在第一風扇室7中，而第二風扇11布置在第二風扇室8中。兩個風扇室7、8每個具有用於冷卻空氣4的主出口12、13，在每個情況下具有用於冷卻空氣4的一個輔出口14、15。在該情況下，第一主出口12和第一輔出口14分派至第一風扇室7，而第二主出口13和第二輔出口15分派至第二風扇室8。

車輛冷卻系統1進一步包括廢氣通道16，車輛的至少一個輔助部件17布置於廢氣通道16中。例如，相應輔助部件17能夠是電扼流線圈或者輔助變壓器或者電輔助電動機或者電氣開關櫃。以這種方式將相應輔助部件17布置在廢氣通道16中，使得相應輔助部件17能夠使冷卻空氣4在其周圍流動和/或流經其，使得相應輔助部件17能夠藉助於冷卻空氣4被冷卻。廢氣通道16的入口段18流體地連接至第一輔出口14以及第二輔出口15，使得冷卻空氣4能夠從風扇室7、8流入廢氣通道16。廢氣通道16在至少一個廢氣出口20處具有出口段19，冷卻空氣4能夠通過至少一個廢氣出口20流出。在例子中，相應輔助部件17布置在廢氣通道16中，位於入口段18和出口段19之間。

主出口12、13和廢氣出口20優選每個通向車輛冷卻系統1或者裝配其的車輛的周圍21，使得冷卻空氣4能夠通過相應出口12、13、20離開而進入周圍21。在車輛冷卻系統1的安裝狀態中，主出口12、13和廢氣出口20每個朝下方向周圍21敞口。

車輛冷卻系統1額外地裝配有控制設備22，控制設備22用來控制輔出口14、15的能夠發生流動的截面。在例子中，控制設備22是皮瓣狀致動器23，其能夠繞圖1b和圖3b示出的第一切換位置S1和圖2b示出的第二切換位置S2之間的樞轉軸線24樞轉。在第一切換位置S1，致動器23打開第一輔出口14同時其阻塞第二輔出口15。在第二切換位置S2，致動器23打開第二輔出口15同時阻塞第一輔出口14。對應於此，因而能夠藉助於控制設備22設定兩個切換狀態，兩個切換狀態對應於致動器23的切換位置S1和S2，並且相應地還能夠指代為S1或者S2。在控制設備22的第一切換狀態S1中，第一輔出口14相應地打開而第二輔出口15關閉。另一方面，在第二切換狀態S2中第一輔出口14關閉而第二輔出口15打開。

正如能夠從圖1b、圖2b和圖3b推論的，第二主出口13比第一主出口12具有較大尺寸。相應地，第二主出口13比第一主出口12具有冷卻空氣4能夠流經的較大截面。在圖中表示出流動能夠發生的第二主出口13的截面至少兩倍大於流動能夠發生的第一主出口12的截面。

控制設備22現在構造為使得其能夠執行用於車輛冷卻系統1的至少三個不同操作狀態，即圖1a和圖1b示出的正常操作狀態RZ、圖2a和圖2b示出的第一緊急操作狀態NZ1，以及圖3a和圖3b示出的第二緊急操作狀態NZ2。

在根據圖1b的正常操作狀態RZ中，第一風扇10和第二風扇11打開，使得它們每個均運送新鮮空氣4。在正常操作狀態RZ中，控制設備22打開第一輔出口14並且關閉第二輔出口15。相應地，控制設備22採用其第一切換狀態S1。結果，被第一風扇10驅動的冷卻空氣4能夠從第一風扇室7流動而通過第一輔出口14、廢氣通道16以及廢氣出口20。這樣做，流動發生在相應輔助部件17周圍或者流過相應輔助部件17，由此其相應地被冷卻。另一方面，被第二風扇11驅動的冷卻空氣4從第二風扇室8繞開廢氣通道16流過第二主出口13。由於較大第二主出口13僅具有較小流動阻力，能夠藉助於第二風扇11運送較大冷卻氣流，這使得能夠有效冷卻冷卻器件2，因此能夠有效的冷卻在冷卻迴路3中循環的冷卻劑。

在根據圖2b的第一緊急操作狀態NZ1中，關閉第一風扇10而打開第二風扇11。在第一緊急操作狀態NZ1中，控制設備22關閉第一輔出口14並且打開第二輔出口15。相應地，控制設備22採用其第二切換狀態S2，或者致動器23被調節至第二切換位置S2。通過此結果，被第二風扇11驅動的冷卻空氣4從第二風扇室8流過第二輔出口15、廢氣通道16和相應的廢氣出口20。這樣做，流動發生在布置於廢氣通道16中的相應輔助部件17周圍或通過相應輔助部件17。由於第二主出口13較大以及相應地具有較低流動阻力，因此在該第一緊急操作狀態NZ1中相比於正常操作狀態RZ，流過廢氣通道16的冷卻空氣4顯著降低。但是，用於短期緊急操作這是可接受的。

在根據圖3b的第二緊急操作狀態中，打開第一風扇10而關閉第二風扇11。在第二緊急操作狀態NZ2中，控制設備22再次採用其第一切換狀態S1。相應地，致動器23再次被調節至其第一切換位置S1。結果，再次打開輔出口14而再次關閉第二輔出口15。第一風扇10現在再次驅動冷卻空氣4，使得該流動從第一風扇室7通過第一輔出口14、廢氣通道16和廢氣出口20。在該情況下，像其在正常操作狀態RZ中一樣，發生相應輔助部件17的冷卻。

方便地，操作控制設備22無需外部能量，即壓力控制。為此，致動器23是被動可調節的，即取決於作用在其上的壓差。在根據圖1b的正常操作狀態RZ以及在根據圖3b的第二緊急操作狀態NZ2中，第一風扇室7中以及廢氣通道16的入口段18中的壓力高於第二風扇室8中的壓力，其結果是，致動器22自動採用第一切換位置S1，用於關閉第二輔出口15以及用於打開第一輔出口14。另一方面，在根據圖2b的第一緊急操作狀態NZ1中，第二風扇室8和廢氣通道16的入口段18中的壓力高於第一風扇室7中的壓力，其結果是，致動器23自動調節至其第二切換位置S2，在第二切換位置S2關閉第一輔出口14並且釋放第二輔出口15。

第一主出口12和第二主出口13未受控制，即永遠打開。但是它們的流動能夠發生的截面匹配相應風扇10、11的容量以及廢氣通道16的流動阻力，使得在每個情況下當打開附屬風扇10、11時發生冷卻空氣流過相應的主出口12、13。

正如能夠從圖1至圖3推論的，車輛冷卻系統1還具有殼體25，其包含冷卻器件2、風扇室7、8和至少一個廢氣通道16的入口段18。在該情況下，風扇室7、8布置成水平地彼此鄰近，使得在正常操作狀態RZ中通過風扇室7、8的平行流動發生。風扇10、11均包括風扇葉輪，即第一風扇葉輪26和第二風扇葉輪27；以及風扇電動機，即第一風扇電動機28和第二風扇電動機29。第一風扇電動機28在該情況下布置在第一電動機艙30中並且用來驅動第一風扇葉輪26。第二風扇電動機29用來驅動第二風扇葉輪27並且布置在第二電動機艙31中。電動機艙30、31流體地與風扇室7、8以及與廢氣通道16分離，使得沒有冷卻空氣4流經它們。此外，電動機艙30、31優選還收納在殼體25中。

用於操作車輛冷卻系統1的方法能夠概述如下：

在根據圖1a和圖1b的正常操作狀態RZ中，打開第一風扇10和第二風扇11，使得僅被第一風扇10驅動的冷卻空氣4從冷卻器件2被引導至相應輔助部件17，然後通過廢氣出口4。被第二風扇11驅動的冷卻空氣4在該情況下不被引導至相應輔助部件17而是僅通過第二主出口13。

根據圖2a和圖2b，在第一緊急操作狀態NZ1中關閉第一風扇10並且打開第二風扇11，其中，被第二風扇11驅動的冷卻空氣4首先從冷卻器件2被引導至相應輔助部件17，然後通過廢氣出口20。

根據圖3a和圖3b，在第二緊急操作狀態NZ2中打開第一風扇10並且關閉第二風扇11，由此僅被第一風扇10驅動的冷卻空氣4從冷卻器件2被引導至相應輔助部件17，然後通過廢氣出口20。

由於在此處提出的車輛冷卻系統1中以壓力可控方式操作控制設備22，所以相應風扇10、11的打開或關閉引起致動器23所需的壓差，用於分別設定致動器23的期望切換位置S1或S2或者控制設備22的相應切換狀態S1或者S2。因而，尤其能夠省略用於致動器23的電動機驅動器等。