комплекс из стенки и электрического прибора и соответствующий железнодорожный вагон

Формула изобретения

1. Комплекс из стенки (6) железнодорожного вагона (2) и по меньшей мере одного электрического прибора (8), содержащего множество электрических компонентов (9), расположенных по меньшей мере в одном отсеке (10), и по меньшей мере один охладитель (11), расположенный по меньшей мере в одном канале (12), определяющем главное направление циркуляции текучей среды, охлаждающей компоненты (9), отличающийся тем, что электрический прибор (8) расположен в стенке (6) так, что направление циркуляции является вертикальным.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что канал (12) перегорожен на множество подканалов (30, 32), разделенных средствами (38) тепловой и электромагнитной изоляции.

3. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что первый подканал (30) содержит охладители, работающие при температурах от 50°С до 80°С, а второй подканал (32) содержит охладители, работающие при температуре, превышающей 80°С.

4. Комплекс по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что отсек (10) перегорожен на множество отделений (34, 36), разделенных средствами (38) тепловой и электромагнитной изоляции.

5. Комплекс по п.4, отличающийся тем, что первое отделение (34) содержит электрические компоненты, работающие при температуре ниже 125°С, а второе отделение (36) содержит электрические компоненты, работающие при температуре выше 125°С.

6. Комплекс по любому из пп.1-3, 5, отличающийся тем, что электрический прибор (8) является вспомогательным силовым преобразователем.

7. Комплекс по п.4, отличающийся тем, что электрический прибор (8) является вспомогательным силовым преобразователем.

8. Комплекс по любому из пп.1-3, 5, 7, отличающийся тем, что электрический прибор (8) имеет граничную частоту, превышающую 10 кГц.

9. Комплекс по п.4, отличающийся тем, что электрический прибор (8) имеет граничную частоту, превышающую 10 кГц.

10. Комплекс по п.6, отличающийся тем, что электрический прибор (8) имеет граничную частоту, превышающую 10 кГц.

11. Железнодорожный вагон (2), содержащий боковые стенки и поперечные перегородки, отличающийся тем, что содержит комплекс из стенки (6) и по меньшей мере одного электрического прибора (8) по любому из пп.1-10.

12. Вагон по п.11, отличающийся тем, что охлаждающей текучей средой является воздух и отсек (10) содержит на своем нижнем конце воздушный вход (18) и на своем верхнем конце воздушный выход (20), при этом воздушный вход и воздушный выход находятся внутри вагона.

13. Вагон по п.11 или 12, отличающийся тем, что охлаждающей текучей средой является воздух и канал (12) содержит на своем нижнем конце воздушный вход (14) и на своем верхнем конце воздушный выход (16), при этом воздушный вход и воздушный выход находятся снаружи вагона.

14. Вагон по п.13, отличающийся тем, что канал (12) содержит средства отклонения воздуха, установленные перед первым воздушным входом (14) и перед первым воздушным выходом (16).

15. Вагон по любому из пп.11, 12, 14, отличающийся тем, что отсек (10) и канал (12), выходящие соответственно внутрь и наружу вагона, являются смежными и разделены изоляционной стенкой (38).

16. Вагон по п.13, отличающийся тем, что отсек (10) и канал (12), выходящие соответственно внутрь и наружу вагона, являются смежными и разделены изоляционной стенкой (38).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к комплексу из стенки железнодорожного вагона и по меньшей мере одного электрического прибора.

Изобретение также относится к соответствующему железнодорожному вагону.

В частности, изобретение относится к области силовых электрических приборов, установленных в поездах, в частности вспомогательных силовых преобразователей.

Обычно такие приборы содержат множество электрических компонентов, которые необходимо охлаждать для обеспечения их нормальной работы.

Как правило, такие электрические приборы содержат один или несколько теплообменников, в дальнейшем называемых охладителями. Как правило, эти охладители расположены в канале, определяющем главное направление циркуляции текучей среды, охлаждающей компоненты.

Силовые электрические приборы, в частности вспомогательные преобразователи, устанавливают на крыше или под полом поезда. В случае тяговых преобразователей, которые управляют двигателями, рассеиваемая мощность находится в прямой связи с движением поезда. Таким образом, охлаждение этих преобразователей иногда происходит за счет циркуляции воздуха, создаваемой при перемещении поезда. В этом случае говорят о «ветряном» охлаждении. «Ветряное» охлаждение не всегда можно применять для вспомогательных преобразователей, так как они должны выдавать полную мощность также и во время стоянки.

В настоящее время во вспомогательных преобразователях применяют вентиляторы, которые нагнетают воздух в вентиляционные каналы для обеспечения охлаждения электрических компонентов за счет циркуляции воздуха. В настоящее время использование этих вентиляторов является обязательным, если необходимо обеспечивать работу в режиме полной мощности во время стоянки.

Однако присутствие вентиляторов в этих приборах делает их более объемными и очень шумными.

Задача изобретения состоит в создании компактного и бесшумного силового электрического прибора.

В частности, изобретение позволяет отказаться от применения вентиляторов для охлаждения компонентов силовых электрических приборов, установленных в поезде, или использовать вентиляторы меньшей мощности.

Поставленная задача решена в комплексе из стенки железнодорожного вагона и по меньшей мере одного электрического прибора, содержащего множество электрических компонентов, расположенных по меньшей мере в одном отсеке, и по меньшей мере один охладитель, расположенный по меньшей мере в одном канале, определяющем главное направление циркуляции текучей среды, охлаждающей компоненты, согласно изобретению электрический прибор расположен в стенке так, чтобы направление циркуляции было вертикальным.

Согласно частным вариантам осуществления комплекс содержит один или несколько следующих отличительных признаков:

- канал перегорожен на множество подканалов, разделенных средствами тепловой и электромагнитной изоляции;

- первый подканал содержит охладители, работающие при температурах от 50°С до 80°С;

- второй подканал содержит охладители, работающие при температуре, превышающей 80°С;

- отсек перегорожен на множество отделений, разделенных средствами тепловой и электромагнитной изоляции;

- первое отделение содержит электрические компоненты, работающие при температуре ниже 125°С;

- второе отделение содержит электрические компоненты, работающие при температуре выше 125°С;

- электрический прибор является вспомогательным силовым преобразователем;

- электрический прибор имеет граничную частоту, превышающую 10 кГц.

Поставленная задача решена также в железнодорожном вагоне, содержащем боковые стенки и поперечные перегородки и согласно изобретению содержащем описанный выше комплекс из стенки и по меньшей мере одного электрического прибора.

Согласно частным вариантам осуществления вагон содержит один или несколько следующих отличительных признаков:

- охлаждающей текучей средой является воздух, и отсек содержит на своем нижнем конце воздушный вход и на своем верхнем конце воздушный выход, при этом воздушный вход и воздушный выход находятся внутри вагона;

- охлаждающей текучей средой является воздух, и канал содержит на своем нижнем конце воздушный вход и на своем верхнем конце воздушный выход, при этом воздушный вход и воздушный выход находятся снаружи вагона;

- канал содержит средства отклонения воздуха, установленные перед первым воздушным входом и перед первым воздушным выходом; и

- отсек и канал, выходящие соответственно внутрь и наружу вагона, являются смежными и разделены изоляционной стенкой.

Таким образом, изобретение позволяет устранить недостатки существующих электрических приборов и обеспечивает эффективное естественное охлаждение компонентов за счет циркуляции воздуха даже во время стоянки поезда.

Предлагаемое изобретением решение позволяет устранить проблемы объемности и шума электрических приборов, связанные с использованием вентиляторов для охлаждения.

Далее следует более подробное описание неограничивающих примеров осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 показан железнодорожный вагон, вид в разрезе в перспективе;

на фиг.2 показан электрический прибор в соответствии с настоящим изобретением, вид в вертикальном разрезе;

на фиг.3 показан электрический прибор согласно варианту осуществления изобретения, вид в перспективе и в горизонтальном разрезе.

На фиг.1 показан железнодорожный вагон 2, содержащий две боковые вертикальные стенки 4 и 6, проходящие параллельно направлению движения вагона. Вагон закрыт на своих концах поперечными перегородками.

Электрический прибор 8, например вспомогательный преобразователь, установлен в стенке 6.

Этот электрический прибор 8, показанный на фиг.2, содержит электрические компоненты 9, размещенные в отсеке 10, и один или несколько охладителей 11, расположенных в канале 12.

Канал 12 содержит на своем нижнем конце первый воздушный вход 14 и на своем верхнем конце первый воздушный выход 16, при этом первый воздушный вход 14 и первый воздушный выход 16 выходят наружу вагона 2.

Отсек 10 содержит на своем нижнем конце второй воздушный вход 18 и на своем верхнем конце второй воздушный выход 20, при этом второй воздушный вход 18 и второй воздушный выход 20 находятся внутри вагона 2.

Согласно изобретению электрический прибор 8 расположен вертикально в стенке 6, определяя главное направление циркуляции воздуха в канале 12 и в отсеке 10 вертикально снизу вверх от входа 14, 18 к выходу 16, 20 соответственно.

На фиг.3 представлен вариант осуществления электрического прибора 8, согласно которому этот прибор 8 содержит множество зон, отделенных друг от друга средствами тепловой и электромагнитной изоляции.

Например, прибор 8 содержит четыре зоны 30, 32, 34 и 36, разделенные средствами 38 тепловой и электромагнитной изоляции.

Зоны 30 и 32 образованы вследствие выполнения вертикальных перегородок в канале 12 и в дальнейшем тексте описания будут называться подканалами.

Зоны 34 и 36 образованы вследствие выполнения вертикальных перегородок в отсеке 10 и в дальнейшем тексте описания будут называться отделениями.

Первый подканал 30 содержит охладители, работающие при температурах от 50°С до 80°С.

Второй подканал 32 содержит охладители, работающие при температуре, превышающей 80°С.

Таким образом, подканалы 30 и 32 образуют соответственно конвекционный канал средней температуры и конвекционный канал высокой температуры, при этом оба канала термически изолированы друг от друга.

Кроме того, первое отделение 34 содержит электрические компоненты, чувствительные к электромагнитным возмущениям и не выдерживающие температуры, превышающей 125°С. Второе отделение 36 содержит электрические компоненты, выдерживающие температуры более 125°С. Это второе отделение 36 образует зону повышенного электромагнитного излучения и содержит, таким образом, силовые коммутационные компоненты.

Выше было представлено описание конструкции электрического прибора 8 в соответствии с настоящим изобретением, и дальнейшее описание, представленное со ссылками на фиг.1 и 2, относится к осуществлению способа охлаждения электрических компонентов 9.

Так, холодный воздух заходит снаружи поезда (стрелка 40) на уровне первого воздушного входа 14 на нижнем конце канала 12. Этот воздух охлаждает охладители 11 прибора 8, находящиеся в канале 12, что приводит к охлаждению компонентов 9 за счет теплопроводности. По мере своего нагревания этот воздух поднимается вследствие снижения его плотности. Этот воздух выходит затем (стрелка 42) теплым или горячим через первый воздушный выход 16 канала 12 наружу поезда.

Согласно варианту осуществления изобретения перед первым воздушным входом 14 и первым воздушным выходом 16 выполнены системы забора или отклонения воздуха (не показаны), способствующие прохождению воздуха в канале 12 во время движения поезда.

Кроме того, свежий воздух заходит (стрелка 44) изнутри поезда на уровне второго воздушного входа 18 на нижнем конце отсека 10. Этот воздух охлаждает компоненты 9 прибора 8, находящиеся в отсеке 10. По мере своего нагревания этот воздух поднимается вследствие снижения его плотности. Этот воздух выходит затем (стрелка 46) теплым или горячим через второй воздушный выход 20 отсека 10 внутрь поезда.

Это вертикальное расположение направления течения воздуха в канале 12 и в отсеке 10 позволяет получить эффект вытяжки, обеспечивающий естественное охлаждение электрических компонентов 9 прибора 8, создавая естественную тягу за счет разности давления между верхней частью и нижней частью прибора вследствие нагрева заключенного между ними воздушного столба.

Это вертикальное расположение направления воздушной циркуляции, получаемое вследствие вертикального расположения прибора 8 в стенке 6, позволяет использовать это естественное термическое явление тяги для охлаждения электрических компонентов 9, даже когда поезд стоит, не прибегая при этом к использованию мощных вентиляторов.

Кроме того, это вертикальное расположение прибора 8 в стенке облегчено тем, что за счет максимального устранения вентиляторов прибор 8 становится более тонким, поэтому его можно встроить в стенку 6. Кроме того, корпус поезда участвует в реализации механической конструкции прибора 8, что позволяет еще больше уменьшить массу этого прибора.

Таким образом, изобретение позволяет получить компактный и практически бесшумный электрический прибор за счет сведения к минимуму использования вентиляторов и за счет достижения эффекта вытяжки.

Кроме того, расположение прибора 8 в стенке 6 обеспечивает теплообмен между внутренним пространством поезда и прибором 8. Таким образом, с одной стороны, поезд охлаждает электрические компоненты 9 прибора 8, находящиеся в отсеке 10, своим холодным внутренним воздухом, поступающим через второй воздушный вход 18. С другой стороны, прибор 8 обогревает поезд за счет тепла, удаляемого через второй воздушный выход 20.

Таким образом, когда температура снаружи поезда является высокой, например летом, кондиционированный воздух железнодорожного вагона, содержащего систему кондиционирования, обеспечивает лучшее охлаждение чувствительных электрических компонентов, расположенных в отсеке 10, не влияя при этом существенно на мощность установки кондиционирования.

С другой стороны, когда температура снаружи поезда является низкой, например зимой, тепло, удаляемое прибором 8, частично отбирается внутрь железнодорожного вагона, обеспечивая лучший обогрев поезда.

Как в летних, так и в зимних условиях теплообмен между внутренним воздухом поезда и электрическими компонентами 9 способствует стабильности температуры электрических компонентов 9.

Распределение компонентов 9 и охладителей 11 электрического прибора 8 во множестве зон согласно варианту осуществления, показанному на фиг.3, позволяет термически изолировать канал горячего воздуха, что повышает эффективность эффекта вытяжки.

Кроме того, в частном варианте осуществления изобретения электрические компоненты 9 выбирают так, чтобы они выдерживали высокую температуру, примерно превышающую сто градусов, что тем более позволяет отказаться от использования вентиляторов для их охлаждения.

Кроме того, согласно другому варианту осуществления изобретения электрический прибор 8 имеет высокую граничную частоту, превышающую 10 кГц, поэтому он не производит шума, воспринимаемого человеческим ухом.

Согласно другому отличительному признаку изобретения предусмотрены средства передачи тепла при помощи текучей среды-теплоносителя компонентов 9 в направлении охладителей 11, что позволяет распределить потери мощности в электрическом приборе 8.

Согласно еще одному отличительному признаку изобретения электрический прибор 8 интегрируют в стенку разделения между вагонами, а не в боковую стенку, что позволяет не занимать пространство, обычно используемое для установки окон в пассажирских вагонах.

Разумеется, можно также предусмотреть и другие варианты осуществления.