[发明专利]用于牵引变流器的热交换器

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及热交换器。具体来说，本发明涉及能够用于牵引变流器中的热交换器以及牵引变流器。

背景技术

现代车辆和火车采用需要电能转换器的驱动系统来加电。存在要求低成本、有效且可靠的变流器的竞争市场。在典型系统中，诸如分立或集成(即，模块类型)半导体器件、电感器、电阻器、电容器和铜汇流条之类的功率电子组件组装成非常接近。在操作期间，这些组件耗散变化数量的热量。另外，这些组件容许变化等级的温度。温度条件根据变流器用于世界的哪一个区域而有所不同。除了系统的电性能之外，驱动系统的热管理和集成概念还必须考虑湿度和其它因素。

现代火车的设计要求能够设置在火车顶上或地板下面(例如在地板下变流器)中的解决方案。半导体组件和功率电阻器是牵引变流器的值得一提的热源。它们通常采用板式安装(plate-mount)设计来构建，以便用螺栓固定或按压到保持在适当低的、比如说寒冷温度的扁平表面上。通过风扇吹动空气来冷却的铝散热器和抽水冷却的冷板是这类热交换表面的典型示例。诸如电感器、电容器和PCB电路元件之类的其它组件通常通过气流来冷却。

用于实现高程度环境保护的一种可能性是将包括半导体组件的关键电路设置在受保护外壳中。但是，在这些组件得到更高程度保护的情况下，热量的去除变得更为复杂。

由电子产品提供的环境保护的程度通常根据其“进入防护(IP)等级(Ingress Protection (IP) Rating)”来表示。许多驱动产品以IP20或IP21作为标准来提供，其中IP54或更高防护等级作为可选来提供。对于较低IP等级，有可能设计用于外部空气在驱动外壳中的通流，同时仍然提供充分保护。空气过滤器可用于减少空气中的颗粒。外壳壁上的朝下通风口防止垂直水滴进入。但是，对于较高IP等级，驱动外壳的外部空气与内部空气的分隔成为必不可少的。对于例如IP65或者甚至更高的最高保护水平，防水外壳可能变成必要的。

空气-空气热交换器常用于高IP等级外壳中，以便将热量耗散到周围环境，同时完全分隔室内部和外部空气容积。热管和热电冷却元件也用于这类装置中。

EP2031332示出使用空气冷却的热交换器。EP2031332中公开的装置是用于牵引变流器的热虹吸热交换器。但是，所公开系统所提供的进入防护仍然受到限制。此外，存在对于冷却火车的电源模块的热源的更紧凑并且更有效系统的需要。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供具有提供高程度进入防护的可能性的一种更有效或者更紧凑的热交换器和牵引变流器。

此目的通过按照权利要求1所设计的热交换器以及如另一独立权利要求所述的热交换器的使用来实现。本发明的其它示范实施例按照从属权利要求。

按照本文所公开的基本实施例的一个方面，提供一种热交换器，所述热交换器包括具有第一蒸发器通道和第一冷凝器通道的第一热交换器模块，其中第一蒸发器通道和第一冷凝器通道设置在第一导管中。此外，第一蒸发器通道和第一冷凝器通道通过第一上部分配歧管和第一下部分配歧管以流体方式相互连接，使得第一蒸发器通道和第一冷凝器通道形成工作流体的第一环路。第一热交换器模块还包括用于将热量传递到第一蒸发器通道中的第一蒸发器热量传递元件以及用于从第一冷凝器通道中传出热量的第一冷凝器热量传递元件，其中热交换器包括第二热交换器模块，该第二热交换器模块通过流体连接耦合到第一热交换器模块以用于在第一热交换器模块与第二热交换器模块之间交换工作流体。

如果导管相对于地球的重力来定向成使得工作流体移动由重力来驱动，则本文所公开的示范热交换器允许使用两相热量传递原理，以便有效地去除输入热量，而无需泵吸单元。这引起成本降低和可靠性提高。无泵系统是优选的，这是因为泵易于磨损，从而引起维护。使用热虹吸类型的热交换器原理，其中通过对第一热交换器模块添加第二热交换器模块来增加冷却性能和紧凑性。这些热交换器模块经耦合以用于这些热交换器模块之间的热量传递。由此，能够在这些模块之间平衡不同的加热或冷却条件，其中实现更好的总体性能。

在示范实施例中，第二热交换器模块包括第二蒸发器通道和第二冷凝器通道；其中第二蒸发器通道和第二冷凝器通道设置在第二导管中。第二蒸发器通道和第二冷凝器通道通过第二上部分配歧管和第二下部分配歧管以流体方式相互连接，使得第二蒸发器通道和第二冷凝器通道形成工作流体的第二环路。